Question

化學在能源開發與利用中起著十分重要的作用．
（l）蘊藏在海底的可燃冰是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體．被稱之為“未來能源”．在25℃、101kPa下，1g甲烷完全燃燒生成和液態水時放熱55.6kJ．甲烷燃燒的熱化學方程式為

 

：相同條件下，356g可燃冰（分子式為CH₄?9H₂O，Mr=178）釋放的甲烷氣體完全燃燒生成CO₂和液態水，放出的熱量為

 

kJ．
（2）二甲醚（CH₃OCH₃）是無色氣體，可作為一種新型能源，具有清潔、高效的優良性能．由合成氣（組成為H₂、CO和少量的CO₂）直接制各二甲醚，其中的主要過程包括以下四個反應：
甲醇合成反應：（i）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ?mol^-1
（ii）CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ?mol^-1
水煤氣變換反應：（iii）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ?mol^-1
二甲醚合成反應：（iv）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ?mol^-1
①分析二甲醚合成反應（iv）對于CO轉化率的影響

 

．
②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：

 

．根據化學反應原理，分析增加壓強對直接制備二甲醚反應的影響

 

．
（3）二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優點．若電解質為堿性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為

 

，一個二甲醚分子經過電化學氧化，可以產生

 

電子的電量．51．

Answer 1

考點：熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡的影響因素

專題：

分析：（1）依據熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態和對應反應焓變寫出熱化學方程式；356 g CH₄?9H₂O可以釋放出2 mol CH₄，再根據燃燒熱的計算；
（2）①二甲醚合成反應（Ⅳ）對于CO轉化率的影響，結合甲醇合成反應，水煤氣變換反應和化學平衡移動原理分析判斷；
②依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到，依據計算得到的反應結合化學平衡移動原理分析判斷增大壓強的影響；
（3）燃料電池中燃料在負極上失電子發生氧化反應，正極發生還原反應，書寫電極反應；書寫電極反應，計算電子轉移；

解答： 解：（1）在25℃、101kPa下，1g甲烷完全燃燒生成和液態水時放熱55.6kJ，1mol甲烷燃燒生成和液態水時放熱889.6KJ，熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6KJ/mol；356 g CH₄?9H₂O可以釋放出2 mol CH₄，已知甲烷的燃燒熱為889.6 kJ/mol，則889.6kJ/mol×2 mol=1779.2kJ；
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6KJ/mol，1779.2；
（2）①二甲醚合成反應（Ⅳ）對于CO轉化率的影響，消耗甲醇，促進甲醇合成反應（Ⅰ）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡右移，CO轉化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應（Ⅲ）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）消耗部分CO，
故答案為：消耗甲醇，促進甲醇合成反應（Ⅰ）平衡右移，CO轉化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應（Ⅲ）消耗部分CO；
②Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ?mol^-1
Ⅳ、2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ?mol^-1
依據蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅳ得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204.7kJ?mol^-1
該反應是氣體體積減小的反應，增加壓強平衡正向進行，反應速率增大，CO和H₂轉化率增大，CH₃OCH₃產率增加，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ?mol^-1；該反應分子數減少，壓強升高使平衡右移，CO和H₂轉化率增大，CH₃OCH₃產率增加．壓強升高使CO和H₂濃度增加，反應速率增大；
（3）若電解質為堿性，氧氣在正極發生還原反應，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，二甲醚直接燃料電池的負極反應為二甲醚失電子生成二氧化碳，堿溶液中生成碳酸鹽，結合原子守恒和電荷守恒寫出電極反應為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，二甲醚直接燃料電池的負極反應為二甲醚失電子生成二氧化碳，一個二甲醚分子經過電化學氧化失去12個電子，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，12；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的應用，化學平衡移動原理的分析判斷，原電池原理分析和電極書寫，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．