Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是無色氣體，可作為一種新型能源，由合成氣（組成為H₂、CO、和少量CO₂）直接制備二甲醚，其中主要過程包括以下四個反應（均為可逆反應）：

①CO(g)+ 2H₂(g) = CH₃OH(g)                                  △H₁=—90．1 kJ·mol^-1

②CO₂(g)+ 3H₂(g) = CH₃OH(g)+H₂O(g)                       △H₂=—49．0 kJ·mol^-1

水煤氣變換反應 ③CO(g) + H₂O (g)=CO₂(g)+H₂(g)             △H₃=—41．1 kJ·mol^-1

二甲醚合成反應 ④2CH₃OH(g)=CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)         △H₄=—24．5 kJ·mol^-1

（1）由H₂和CO直接制備二甲醚（另一產物為水蒸氣）的熱化學方程式為                             。

（2）一定溫度下，在恒容密閉容器中進行反應①，下列描述能說明反應到達平衡狀態的是              。

a.容器中氣體平均相對分子質量保持不變

b.容器中氣體密度保持不變 

c.CH₃OH(g)濃度保持不變

d.CH₃OH(g)的消耗速率等于H₂ (g)的消耗速率

（3）一定溫度下，將8mol CH₃OH(g)充入5L密閉容器中進行反應④，一段時間后到達平衡狀態，反應過程中共放出49kJ熱量，則CH₃OH(g)的平衡轉化率為        ，該溫度下，平衡常數K=              ；該溫度下，向容器中再充入2mol CH₃OH(g)，對再次達到的平衡狀態的判斷正確的是              。

a.CH₃OH(g)的平衡轉化率減小

b.CH₃OCH₃ (g)的體積分數增大

c.H₂O(g)濃度為0．5mol·L^-1

d.容器中的壓強變為原來的1．25倍

（4）二甲醚—氧氣燃料電池具有啟動快，效率高等優點，其能量密度高于甲醇燃料電池，若電解質為酸性，二甲醚—氧氣燃料電池的負極反應為                              ；消耗2．8L(標準狀況)氧氣時，理論上流經外電路的電子        mol

 

Answer 1

【答案】

（1）    2CO(g)+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△=－204．7 kJ/mol,

        （2）   ac    （3）  50%   0．25  cd  （4） CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺,  0．5

【解析】

試題分析：由已知的方程式①×2+④得2CO(g)+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△=－204．7 kJ/mol,

（2）由反應①可知ac說明反應達平衡狀態。

（3）根據反應2CH₃OH(g)=CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)       △H₄=—24．5 kJ·mol^-1 當放熱為49k J時消耗甲醇

4mol          4mol       2mol       2mol

結合平衡常數k=c（CH₃OCH₃）c（H₂O）/

C²(CH₃OH)得0．25，當再沖入2mol甲醇時化學平衡不會移動且平衡常數不變，確定C對，壓強為原來的1．25倍。

（4）電解質為酸性電池的負極反應式為CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺,正極反應式為

4H⁺+O₂+4e^-=4H₂O，消耗2．8L氧氣時轉移電子為0．5mol。

考點：蓋斯定律、化學平衡狀態的標志、化學平衡常數、原電池原理、電子反應式的書寫。