Question

5．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細化工產品，被認為是二十一世紀最有潛力的燃料．已知：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol
工業上制備二甲醚的主要方法經歷了三個階段：
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇氣體在催化作用下直接脫水制二甲醚；
2CH₃OH$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃+H₂O
②合成氣CO與H₂直接合成二甲醚：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應制備二甲醚．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇工業流程如圖1：

（1）寫出CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反應生成CO₂（g）和H₂O（1）的熱化學方程：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=-567.3kJ/mol（結果保留一位小數）
（2）在反應室2中，一定條件下反應3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）在密閉容器中達到平衡后，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是AD．
A．低溫高壓        B．加催化劑      C．增加CO濃度       D．分離出二甲醚
（3）在反應室3中，在一定溫度和壓強條件下發生反應：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H＜0反應達到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應混合物中CH₃OH的物質的量分數變化情況如圖2所示，關于溫度（T）和壓強（P）的關系判斷正確的是CD（填序號）
A．P₃＞P₂   T₃＞T₂
B．P₂＞P₄   T₄＞T₂
C．P₁＞P₃  T₁＞T₃
D．P₁＞P₄   T₂＞T₃

（4）反應室1中發生反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．
寫出平衡常數的表達式：k=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$，如果溫度降低，該反應的平衡常數變小．（填“不變”、“變大”、“變小”）
（5）圖3為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖則a電極的反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol，②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，$\frac{①+②}{3}$可得CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反應生成CO₂（g）和H₂O（1）的熱化學方程；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）為放熱反應，提高CO的轉化率，應使平衡正向移動；
（3）增大壓強，平衡向體積縮小的方向移動，溫度升高，平衡向著吸熱方向進行．在一定溫度和壓強條件下發生了反應：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，增大壓強，平衡正向移動，則反應混合物中甲醇（CH₃OH）的物質的量分數逐漸增大，溫度升高，平衡逆向移動，則反應混合物中甲醇（CH₃OH）的物質的量分數逐漸減小，結合圖象判斷甲醇的物質的量分數變化情況判斷；
（4）平衡常數等于生成物與反應物的濃度冪比值，正反應物為吸熱反應，降低溫度，平衡逆向移動；
（5）二甲醚被氧化，為原電池的負極，堿性條件下生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）已知：①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol，②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，$\frac{①+②}{3}$可得CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=$\frac{-1455kJ/mol-247kJ/mol}{3}$=-567.3kJ/mol，
故答案為：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=-567.3kJ/mol；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）為放熱反應，提高CO的轉化率，應使平衡正向移動，可降低溫度，增大壓強，或分離出二甲醚，
故答案為：AD；
（3）增大壓強，平衡向體積縮小的方向移動，在一定溫度和壓強條件下發生了反應：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，增大壓強，平衡正向移動，則反應混合物中甲醇（CH₃OH）的物質的量分數逐漸增大，即P₁＞P₂＞P₃＞P₄，
溫度升高，平衡向著吸熱方向進行，在一定溫度和壓強條件下發生了反應：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，溫度升高，平衡逆向移動，則反應混合物中甲醇（CH₃OH）的物質的量分數逐漸減小，故T₁＞T₂＞T₃＞T₄，
故答案為：CD；
（4）對于CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，K=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$，正反應物為吸熱反應，降低溫度，平衡逆向移動，則平衡常數減小，
故答案為：k=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$；變小；
（5）二甲醚被氧化，為原電池的負極，堿性條件下生成碳酸根離子和水，電極方程式為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11 H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點評 本題考查化學平衡的影響因素以及化學平衡的計算知識，為高頻考點，側重考查學生的分析能力和計算能力的考查，屬于綜合知識的考查，注意根據平衡移動原理分析解答，題目難度不大．