Question

【題目】二甲醚不僅是重要的化工原料，而且還是性能優良的能源和車用燃料。現代工業上可通過煤化工的產物CO和H2來合成二甲醚，其主要反應為：

（ⅰ）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H= －90.1kJ·mol－1

（ⅱ）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H= －24.5kJ·mol－1

（1）寫出CO和H2來直接合成二甲醚的熱化學方程式________。

（2）溫度T時，在容積為2.00L的某密閉容器中進行上述反應（ⅰ），反應過程中相關數據如圖1所示。

①下列說法能表明反應已達到平衡狀態的是______。

a.容器中氣體的壓強不再變化 b.混合氣體的密度不再變化

c.混合氣體的平均相對分子質量不再變化 d.2υ正(H2)=υ逆(CH3OH)

②該化學反應0~10min的平均速率υ(H2)=_____。

③其他條件不變時，15mim時再向容器中加入等物質的量的CO和H2，則H2的轉化率____（填增大、不變或減小）。

④對應氣相反應，常用某組分（B）的平衡壓強（pB）代替某物質的量濃度（cB）表示平衡常數（以Kp表示），其中，pB=p總×B的體積分數；若在T時平衡氣體總壓強為p總，則該反應Kp=_____。

⑤圖2表示氫氣轉化率隨溫度變化的趨勢，請解釋T0后氫氣轉化率的變化原因__________。

（3）二甲醚燃料電池的工作原理如圖所示，則X電極的電極反應式為__________。用該電池對鐵制品鍍銅，當鐵制品質量增加12.8g時，理論上消耗二甲醚的質量為_________g。（精確到0.01）

Answer 1

【答案】2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-204.7kJ/mol ac 0.06mol/(Lmin) 增大 該反應是放熱反應，T0后溫度升高，平衡逆向移動，氫氣的轉化率減小 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ 1.53

【解析】

根據蓋斯定律，對熱化學方程式進行加減可得目標熱化學方程式；根據“逆向相等、變量不變”，進行化學平衡狀態的判定；利用化學反應速率的定義式進行化學反應速率的求算；根據Kp的含義計算Kp；根據離子移動方向確定原電池的正負極，結合電子守恒計算。

(1)根據蓋斯定律，將i式乘以2與ii式直接相加，得出直接合成二甲醚的熱化學方程式：2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-204.7kJ/mol；

(2)①恒容恒溫條件下，反應物與生成物均為氣體，且反應前后氣體分子數不同，此時壓強是一個變量，當壓強不變時，反應達到平衡，a項正確；容器體積始終不變，氣體總質量不變，則混合氣體的密度始終不變，密度不再變化不能作為反應平衡的判斷依據，b項錯誤；平均相對分子質量不再變化，說明容器中分子總數不再變化，反應達到平衡狀態，c項正確；2υ正(H2)=υ逆(CH3OH)時反應沒有達到平衡狀態，d項錯誤；所以答案選擇ac；

②由圖可知，從0min~10min之間氫氣的物質的量減少了1.2mol，容器為2L，則H2表示的平均反應速率為1.2mol÷2L÷10min=0.06mol/(Lmin)；

③加入等物質的量的一氧化碳與氫氣，比例與最初投料比例相同，相當于容器壓強增大，平衡向正反應方向移動，則轉化率增大；

④先據圖看出所得平衡體系中CO、H2、CH3OH的物質的量分別為：1.4mol、0.8mol、0.6mol，它們的物質的量分數依次為0.5、、，依據分壓的定義求得對應的分壓依次為：0.5P總、 P總、P總，代入Kp的定義式可得Kp=；

⑤該反應是放熱反應，T0后溫度升高，平衡逆向移動，氫氣的轉化率減小；

（3）從氫離子的移動方向上，可以判斷出X 極為原電池的負極，其電極反應式為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+；用該電池對鐵鍍銅，鐵制品增加 12.8g，則生成銅0.2mol，轉移電子數為0.4mol，根據CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+可算出二甲醚的物質的量為mol，其質量為1.53g。