Question

10．二甲醚（DME）一種清潔的替代燃料，不含硫，不會形成微粒，而且與汽油相比，排放的NO₂更少，因此是優良的柴油機替代燃料．工業上利用一步法合成二甲醚的反應如下（復合催化劑為CuO/ZnO/Al₂O₃）：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7KJ/mol
（1）若反應在恒溫、恒壓下進行，以下敘述能說明該反應達到平衡狀態的是CDE（填序號）
A．CO和H₂的物質的量濃度比是1：2
B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率的2倍
C．容器中混合氣體的體積保持不變
D．容器中混合氣體的平均摩爾質量保持不變
E．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）600℃時，一步法合成二甲醚過程如下：
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46KJ/mol
2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-38.7KJ/mol
則△H₂=-3.78kJ/mol
（3）復合催化劑的制備方法之一是Na₂CO₃共沉淀法：制備1mol/L的硝酸銅，硝酸鋅和硝酸鋁的水溶液．然后向盛有去離子水的燒杯中同時滴加混合硝酸鹽溶液和1mol/L的Na₂CO₃水溶液，70℃下攪拌混合．沉淀后過濾，洗滌沉淀物，80℃下干燥12小時，然后500℃下焙燒16小時．
請寫出上述過程中硝酸鋁與Na₂CO₃水溶液反應的離子方程式：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）以DME為燃料，氧氣為氧化劑，在酸性電解質溶液中用惰性電極制成燃料電池，則通入氧氣的電極是電源的正極（填正、負）極，通DME的電極反應為CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（2）已知：①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
②2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
根據蓋斯定律：②-①×2得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；
（3）硝酸鋁與Na₂CO₃水溶液發生相互促進的水解反應生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳氣體；
（4）該燃料電池中，氧氣在正極得電子，負極上二甲醚失電子發生氧化反應生成二氧化碳

解答 解：（1）A．CO和H₂的物質的量濃度比與反應物的初始量及轉化率有關，所以不能說明到達平衡狀態，故A錯誤；
B．CO的消耗速率與CH₃OCH₃的生成速率都屬于正速率，速率之比等于計量數之比，始終為高比例關系，不能說明到達平衡狀態，故B錯誤；
C．隨反應進行混合氣體總物質的量減少，由于壓強不變，則氣體的體積會減小，容器中混合氣體的體積保持不變，說明到達平衡狀態，故C正確；
D．氣體的總質量保持不變，氣體總物質的量減少，則氣體的平均摩爾質量逐漸增大，當容器中混合氣體的平均摩爾質量保持不變，說明到達平衡狀態，故D正確；
E．氣體的總質量保持不變，氣體的體積減小，則密度增大，當容器中混合氣體的密度保持不變，說明反應到達平衡狀態，故E正確；
故答案為：CDE；
（2）已知：①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
②2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
根據蓋斯定律：②-①×2得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-204.7kJ/mol-（-100.46kJ/mol）×2=-3.78kJ/mol；
故答案為：-3.78kJ/mol；
（3）硝酸鋁與Na₂CO₃水溶液發生相互促進的水解反應生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳氣體，其水解的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）該燃料電池中，氧氣在正極得電子，則通入氧氣的電極是電源的正極，負極上二甲醚失電子發生氧化反應生成二氧化碳，則負極反應式為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，
故答案為：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

點評 本題考查了化學平衡狀態的判斷、蓋斯定律的應用、水解反應、電化學原理等，屬于拼合型題目，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．