Question

【題目】二甲醚不僅是重要的化工原料，而且還是性能優(yōu)良的能源和車用燃料�，F(xiàn)代工業(yè)上可通過煤化工的產(chǎn)物CO和H2來合成二甲醚，其主要反應(yīng)為：

（�。�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(xué)方程式________。

（2）溫度T時(shí)，在容積為2.00L的某密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)（�。�，反應(yīng)過程中相關(guān)數(shù)據(jù)如圖1所示。

①下列說法能表明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是______。

a.容器中氣體的壓強(qiáng)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(duì)分子質(zhì)量不再變化 d.2υ正(H2)=υ逆(CH3OH)

②該化學(xué)反應(yīng)0~10min的平均速率υ(H2)=_____。

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

④對(duì)應(yīng)氣相反應(yīng)，常用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（pB）代替某物質(zhì)的量濃度（cB）表示平衡常數(shù)（以Kp表示），其中，pB=p總×B的體積分?jǐn)?shù)；若在T時(shí)平衡氣體總壓強(qiáng)為p總，則該反應(yīng)Kp=_____。

⑤圖2表示氫氣轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的趨勢(shì)，請(qǐng)解釋T0后氫氣轉(zhuǎn)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(yīng)式為__________。用該電池對(duì)鐵制品鍍銅，當(dāng)鐵制品質(zhì)量增加12.8g時(shí)，理論上消耗二甲醚的質(zhì)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(yīng)是放熱反應(yīng)，T0后溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ 1.53

【解析】

根據(jù)蓋斯定律，對(duì)熱化學(xué)方程式進(jìn)行加減可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式；根據(jù)“逆向相等、變量不變”，進(jìn)行化學(xué)平衡狀態(tài)的判定；利用化學(xué)反應(yīng)速率的定義式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率的求算；根據(jù)Kp的含義計(jì)算Kp；根據(jù)離子移動(dòng)方向確定原電池的正負(fù)極，結(jié)合電子守恒計(jì)算。

(1)根據(jù)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(xué)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(yīng)物與生成物均為氣體，且反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不同，此時(shí)壓強(qiáng)是一個(gè)變量，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，a項(xiàng)正確；容器體積始終不變，氣體總質(zhì)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(yīng)平衡的判斷依據(jù)，b項(xiàng)錯(cuò)誤；平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，說明容器中分子總數(shù)不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c項(xiàng)正確；2υ正(H2)=υ逆(CH3OH)時(shí)反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，d項(xiàng)錯(cuò)誤；所以答案選擇ac；

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

③加入等物質(zhì)的量的一氧化碳與氫氣，比例與最初投料比例相同，相當(dāng)于容器壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則轉(zhuǎn)化率增大；

④先據(jù)圖看出所得平衡體系中CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量分別為：1.4mol、0.8mol、0.6mol，它們的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)依次為0.5、、，依據(jù)分壓的定義求得對(duì)應(yīng)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(yīng)是放熱反應(yīng)，T0后溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率減�。�

（3）從氫離子的移動(dòng)方向上，可以判斷出X 極為原電池的負(fù)極，其電極反應(yīng)式為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+；用該電池對(duì)鐵鍍銅，鐵制品增加 12.8g，則生成銅0.2mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4mol，根據(jù)CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+可算出二甲醚的物質(zhì)的量為mol，其質(zhì)量為1.53g。