Question

20．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作做冷劑等，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上以水煤氣（CO、H₂）為原料生產(chǎn)二甲醚CH₃OCH₃的新工藝主要發(fā)生三個反應(yīng)：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ．mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH（g）+H₂O （g）△H=-24.5kJ．mol^-1②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ．mol^-1③
回答下列問題：
（1）新工藝的總反應(yīng)3H₂+3CO?CH₃OCH₃+CO₂的熱化學(xué)方程式為3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol．
（2）已知一些共價鍵的鍵能如下：

化學(xué)鍵	H-H	C-H	C-O	O-H
鍵能（kJ．mol-1	436	414	326	464

運用反應(yīng)①計算一氧化碳中碳氧共價鍵的鍵能1070kJ•mol^-1．
（3）在250℃恒容密閉容器中，下列事實可以說明反應(yīng)③已達(dá)平衡的是（填選項字母）BC．
A．容器內(nèi)氣體密度保持不變    
B．CO與CO₂的物質(zhì)的量之比保持不變
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1   
 D．該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變
（4）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，計算此溫度下的平衡常數(shù)K=2.042．
（5）綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”的工作原理如圖所示．
①氧氣應(yīng)從C處通入，電極Y為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②二甲醚（CH₃）₂O應(yīng)從b處加入，電極X上發(fā)生的電極反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③電池在放電過程中，電極X周圍溶液的pH減小 （填“增大”“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律可寫出熱化學(xué)方程式；
（2）反應(yīng)2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應(yīng)物 鍵能和-生成物鍵能和；
（3）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變，據(jù)此分析；
（4）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（5）根據(jù)氫離子移動方向知，Y為原電池正極，X為負(fù)極，則c處通入的氣體是氧氣，根據(jù)d處生成物知，正極上發(fā)生的反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，電解質(zhì)溶液為酸性溶液，b處通入的物質(zhì)是二甲醚，X電極反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，則a處出來的物質(zhì)是二氧化碳，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ．mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH（g）+H₂O （g）△H=-24.5kJ．mol^-1②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ．mol^-1③
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應(yīng)方程式，則△H=-90.0kJ/mol×2-24.5kJ/mol-41.1kJ/mol=-245.6kJ/mol，所以熱反應(yīng)方程式為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol，
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol；
（2）反應(yīng)2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和，2×436+Q（CO）-3×414-326-464=-90.0，Q（CO）=1070，
故答案為：1070；
（3）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）前后氣體體積不變，
A．恒容容器中，混合氣體的密度始終不變，所以容器內(nèi)氣體密度保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO與CO₂的物質(zhì)的量之比保持不變，說明反應(yīng)物和生成物濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC；
（4）某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則：
                CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始濃度（mol）：1      3           0
變化濃度（mol）：0.8    1.6        0.8
平衡濃度（mol）：0.2    1.4        0.8
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{C}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.042，
故答案為：2.042；
（5）①c處通入的氣體是氧氣，根據(jù)d處生成物知，正極上發(fā)生的反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案為：正；O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②b處通入的物質(zhì)是二甲醚，X電極反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，故答案為：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③電池在放電過程中，電極X發(fā)生的電極反應(yīng)為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，X電極周圍溶液的pH減小，故答案為：減�。�

點評 本題考查較為綜合，側(cè)重考查反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡常數(shù)計算、化學(xué)電源新型電池等知識，注意平衡常數(shù)及單位與方程式中化學(xué)計量數(shù)有關(guān)，（5）根據(jù)氫離子移動方向確定正負(fù)極，再根據(jù)d處生成物確定電解質(zhì)溶液酸堿性，難點是電極反應(yīng)式書寫，題目難度中等．