Question

（16分）下圖是煤化工產業(yè)鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

I．已知該產業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為：K＝，它所對應反應的化學方程式為                                            。
II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用.工業(yè)上以CO和H₂為原料生產CH₃OCH₃。工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應：
①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)                         △H₁＝－90.7kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g) ＋H₂O(g)           △H₂＝－23.5kJ·mol^-1
③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)                  △H₃＝－41.2kJ·mol^-1
（1）催化反應室中總反應的熱化學方程式為               。830℃時反應③的K＝1.0，則在催化反應室中反應③的K    1.0（填“>”、“<”或“＝”）。
（2）在某溫度下，若反應①的起始濃度分別為：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2.4 mol/L，5 min后達到平衡，CO的轉化率為50％，則5 min內CO的平均反應速率為      　     ；若反應物的起始濃度分別為：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L；達到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，a＝        mol/L。
（3）為了尋找合適的反應溫度，研究者進行了一系列試驗，每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變，試驗結果如圖.CO轉化率隨溫度變化的規(guī)律是      ，其原因是            .

（4）“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源，其工作原理如圖所示。寫出a電極上發(fā)生的電極反應式                                              。

Answer 1

C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）（2分）
（1）3CO(g)＋3H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g) ΔH＝－246.1 kJ·mol^－1（2分）；
＞（2分）
（2）0.1mol/(L·min) （2分）；5.4 （2分）
（3）溫度低于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而減小。（2分）
在較低溫時，各反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，各反應體系均已達到平衡，CO的轉化率主要受反應限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減小。（2分）
（4）CH₃OCH₃＋3H₂O－12e^－＝2CO₂＋12H⁺（2分）

略