Question

【題目】CO和H2均是重要的化工原料，CO2的固定和利用對環(huán)境保護(hù)及能源開發(fā)具有重要的意義。

（1）利用水煤氣（CO+H2）作為合成氣，在同一容器中，選擇雙催化劑，經(jīng)過如下三步反應(yīng)，最終合成二甲醚（CH3OCH3）。

甲醇合成反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－90.8kJ·mol－1

水煤氣變換反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=－41.3kJ·mol－1

甲醇脫水反應(yīng)：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=－23.5kJ·mol－1

寫出由CO和H2合成二甲醚氣體和水蒸氣的熱化學(xué)方程式____________。

（2）在2L恒容密閉容器中，投入CO(g)和H2(g)各5mol，發(fā)生如下反應(yīng)：

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H＜0，CO的轉(zhuǎn)化率α與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

①p1、p2、p3中最大的是________。

②若該反應(yīng)進(jìn)行50min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率α=0.6，則50min內(nèi)H2的反應(yīng)速率為____mol·L－1·min－1。

（3）二甲醚（CH3OCH3）燃料電池具有啟動(dòng)快。效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇燃料電池。其工作原理如圖所示。X極附近的酸性______（填“減弱”、“增強(qiáng)”或“不變”），Y電極是_____極，寫出X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式__________。若用該二甲醚燃料電池電解飽和食鹽水（陽極為石墨電極），當(dāng)有2.3g燃料被消耗時(shí)，陰極產(chǎn)生氣體的體積為_____L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）

Answer 1

【答案】（1）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=－205.1kJ·mol－1 （2） ①p1 ②0.03 （3） 增強(qiáng) 正極 CH3OCH3－12e－+3H2O=2CO2↑+12H+ 6.72

【解析】(1)①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.8kJmol-1

②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJmol-1

依據(jù)蓋斯定律①×2+②得到：2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=(-90.8kJmol-1)×2+(-23.5kJmol-1)=－205.1kJmol-1；

(2)①3CO(g)+3H2(g)═CH3OCH3(g)+CO2(g)，可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強(qiáng)關(guān)系是p1＜p2＜p3，即壓強(qiáng)最大的是p3；

②反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 進(jìn)行50min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率α=0.6，則變化的CO為3mol，變化的H2也為3mol，H2的反應(yīng)速率為=0.03mol·L－1·min－1。

(3)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電極周圍溶液的酸性增強(qiáng)；c處通入的氣體是氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，則Y極為正極；當(dāng)有2.3g燃料被消耗時(shí)，被氧化的二甲醚的物質(zhì)的量為2.3g÷46g/mol=0.05mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.05mol×12=0.6mol，電解飽和食鹽水(陽極為石墨電極)，陰極產(chǎn)生氫氣的體積為×22.4L/mol=6.72。