Question

【題目】二甲醚(DME)被譽為“21世紀的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下:

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－90.7 kJ·mol-1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=－23.5 kJ·mol-1

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=－41.2kJ·mol-1

回答下列問題:

（1）則反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H＝______kJ·mol-1。

（2）反應①達平衡后采取下列措施,能提高CH3OH產率的有__________。

A.加入H2 B.升高溫度 C.增大壓強 D.使用催化劑

（3）在一定溫度下,將4mol CO和4mol H2混合置于2L的密閉容器中發生反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g),60s時達到平衡狀態時,測得氣體的總物質的量為4mol。達平衡時,氫氣的轉化率為__________,用CO表示的反應速率為__________,該反應的平衡常數為__________。

（4）以下說法能說明反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)達到平衡狀態的有__________。

A. 氫氣和二氧化碳的濃度之比為3∶1

B.單位時間內斷裂3個H－H同時斷裂1個C＝O

C.恒溫恒容條件下,氣體的密度保持不變

D.恒溫恒壓條件下,氣體的平均摩爾質量保持不變

E.絕熱體系中,體系的溫度保持不變

（5）二甲醚燃料電池的工作原理如圖所示：

該電池負極的電極反應式為__________。

Answer 1

【答案】-246.1 AC75％1.5mol/(Lmin)或0.025mol/(LS) 16DE3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H+

【解析】

（1）根據蓋斯定律，通過①×2+②+③可得反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g), △H＝-246.1 kJ·mol-1；綜上所述，本題答案是：-246.1。

（2）A.增加H2的濃度，平衡右移， CH3OH產率提高，正確；

B.反應放熱，升高溫度， 平衡左移，CH3OH產率降低，錯誤；

C.增大壓強，平衡右移， CH3OH產率提高，正確；

D.使用催化劑，可以加快反應速率，平衡不移動，轉化率不變，CH3OH產率不變，錯誤；

綜上所述，本題答案是：AC。

（3）將4mol CO和4mol H2混合置于2L的密閉容器中發生反應, 設生成CO2的量為x，則：

3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g),

起始量 4 4 0 0

變化量 3x 3x x x

平衡量 4-3x 4-3x x x

60s時達到平衡狀態時,測得氣體的總物質的量為4mol，4=4-3x+4-3x+x+x，x=1mol；達平衡時,氫氣的轉化率為(3×1)/4×100%=75％ ；CO變化的濃度為3×1/2=1.5mol/L, CO的反應速率為1.5/60=0.025mol/(LS) (或1.5mol/（Lmin）；反應達平衡時各物質濃度分別為：c(H2)=(4-3)/2=0.5mol/L, c(CO)=(4-3)/2=0.5mol/L, c(CH3OCH3)=1/2=0.5 mol/L，c(CO2)= 1/2=0.5 mol/L, 該反應的平衡常數=c(CO2)c(CH3OCH3)/c3(H2)c3(CO)= 0.52/0.56=16；綜上所述，本題答案是：75％，0.025mol/(LS) (或1.5mol/（Lmin）)，16。

（4）A.不清楚開始時通入量是多少,因此兩者濃度比為3:1,無法判斷是否達到平衡,故A錯誤；

B.斷裂3個H－H鍵,消耗3個H2，斷裂1個C＝O 鍵,消耗0.5個CO2,兩者比值不等于化學計量數之比,因此不能說明反應達到平衡,故B錯誤；

C.組分都是氣體,因此氣體質量不變,又是恒容狀態,體積不變,根據密度的定義,密度始終不變,因此密度不變,不能說明反應達到平衡,故C錯誤；

D.組分都是氣體,氣體質量不變,但反應前后氣體系數之和不等,根據摩爾質量的定義,摩爾質量發生變化,因此當平均摩爾質量不變,說明反應達到平衡,故D正確；

E.是絕熱容器,溫度發生變化,當溫度不再改變,說明反應達到平衡,故E正確；

綜上所述，本題選DE。

（5）該電池為原電池，二甲醚在負極發生氧化反應，生成二氧化碳，電解質為酸性溶液，所以負極的電極反應式為3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H+；綜上所述，本題答案是：3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H+。