Question

16．二甲酯具有優(yōu)良的燃燒性能，本成為21世紀的“清潔能源”，以下為其中一種合成二甲酯的方法：在一定溫度、壓強和催化劑作用下，在同一反應(yīng)器中進行如下反應(yīng)：
①CO₂（g）+3H₂（g　）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H₁=-49.1　kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H₂=-24.5　kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂?CO（M）+H₂（g）；△H₃=+41.2　　kJ•mol^-1
（1）寫出CO₂（g）加H₂（g）轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g） 和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式2CO₂（g）+6H₂（g　）?CH₃OCH₃ （g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1
（2）一定條件下，原料氣中n（H₂）/n（CO₂）比值和溫度對CO₂轉(zhuǎn)化率影響的實驗數(shù)據(jù)如圖1
①溫度為T₁K時，在1L反應(yīng)容器中投入2molCO₂和8molH₂進行反應(yīng)．試計算達到平衡時CO₂的濃度為1mol/L
②結(jié)合數(shù)據(jù)圖，歸納CO2平衡轉(zhuǎn)化率受外界條件影響的變化規(guī)律；
a其他條件不變，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小
b其他條件不變，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率隨n（H₂）/n（CO₂）比值增大而增大
（3）為研究初始投料比與二甲酯產(chǎn)率關(guān)系，在一定溫度和壓強下，投入一定物質(zhì)的量的H2、CO、CO2進行試驗，實驗發(fā)現(xiàn)二甲酯的平衡產(chǎn)率隨原料氣中n（CO）/{n（CO）+n（CO₂）}比值隨增大而增大．試分析其原因隨著CO的含量增大，反應(yīng)③平衡將向逆方向移動，既消耗大量的水，又增大了CO₂和氫氣的含量，從而促使反應(yīng)①和②的平衡都向正向移動，則二甲醚產(chǎn)率增大
（4）如圖2是科學(xué)家現(xiàn)在研發(fā)的，以實現(xiàn)反應(yīng)①在常溫常壓下進行的裝置，寫出甲槽的電極反應(yīng)CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律由已知的熱化學(xué)方程式乘以相應(yīng)的數(shù)值進行加減，來構(gòu)造目標熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的數(shù)值進行加減；
（2）①根據(jù)圖1可知，溫度為T₁K時，在1L反應(yīng)容器中投入2molCO₂和8molH₂進行反應(yīng)即n（H₂）/n（CO₂）比值=4時，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，據(jù)此計算；
②根據(jù)圖1，當(dāng)n（H₂）/n（CO₂）比值固定時，隨著溫度升高，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率在減��；作一與橫坐標垂直的等溫線，可以看出其他條件不變，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率隨n（H₂）/n（CO₂）比值增大而增大；
（3）隨原料氣中n（CO）/{n（CO）+n（CO₂）}比值的增大，即CO的含量增大，反應(yīng)③平衡將向逆方向移動，既消耗大量的水，又增大了CO₂和氫氣的含量，從而促使反應(yīng)①向正反應(yīng)方向移動，這又增大了CH₃OH的含量，又促使②的平衡向正向移動，則二甲醚產(chǎn)率增大，據(jù)此分析；
（4）根據(jù)圖2，甲槽為CO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH₃OH，據(jù)此書寫反應(yīng)式．

解答 解：（1）已知反應(yīng)：①CO₂（g）+3H₂（g�。�?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1　kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5　kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①×2+②即得到目標方程式，所以CO₂（g）加H₂（g）轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g） 和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃ （g）+3H₂O（g）△H=（-49.1×2-24.5）kJ•mol^-1=-122.7 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g�。�?CH₃OCH₃ （g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；
（2）①由圖1可知，溫度為T₁K時，在1L反應(yīng)容器中投入2molCO₂和8molH₂進行反應(yīng)即n（H₂）/n（CO₂）比值=4時，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，所以平衡時CO₂的濃度為$\frac{2mol×（1-50%）}{1L}$=1mol/L，故答案為：1mol/L；
②根據(jù)圖1，當(dāng)n（H₂）/n（CO₂）比值固定時，隨著溫度升高，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率在減��；作一與橫坐標垂直的等溫線，可以看出其他條件不變，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率隨n（H₂）/n（CO₂）比值增大而增大；故答案為：其他條件不變，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小；其他條件不變，達平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率隨n（H₂）/n（CO₂）比值增大而增大；
（3）隨原料氣中n（CO）/{n（CO）+n（CO₂）}比值的增大，即CO的含量增大，反應(yīng)③平衡將向逆方向移動，既消耗大量的水，又增大了CO₂和氫氣的含量，從而促使反應(yīng)①向正反應(yīng)方向移動，這又增大了CH₃OH的含量，又促使②的平衡向正向移動，則二甲醚產(chǎn)率增大，故答案為：隨著CO的含量增大，反應(yīng)③平衡將向逆方向移動，既消耗大量的水，又增大了CO₂和氫氣的含量，從而促使反應(yīng)①和②的平衡都向正向移動，則二甲醚產(chǎn)率增大；
（4）根據(jù)圖2，甲槽為CO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH₃OH，反應(yīng)式為CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O，故答案為：CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O．

點評 本題考查的知識點較多，題目綜合性較強，難度較大，主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、圖表信息的提取與應(yīng)用等，在書寫電池的電極方程式時要注意電解質(zhì)對反應(yīng)的影響．