Question

【題目】甲醚又稱甲醚，簡稱DME，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃，與石油液化氣（LPG)相似，被譽為“21世紀(jì)的清潔燃料”。由合成氣（CO、H2)制備二甲醚的反應(yīng)原理如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.0 kJ mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H2

回答下列問題：

（1）若由合成氣(CO、H2)制備lmolCH3OCH3(g)，且生成H2O(1),整個過程中放出的熱量為244kJ，則△H2=________kJ mol-1。（已知：H2O(1)=H2O(g) △H=+44.0 kJ/mol)

（2）有人模擬該制備原理，500K時，在2L的密閉容器中充入2molCO和6mol H2，5min達到平衡，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為60%，c(CH3OCH3)=0.2mol·L-1，用H2表示反應(yīng)①的速率是_______mol·L-1·min-1，可逆反應(yīng)②的平衡常數(shù)K2=_________。

若在500K時，測得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH)，此時反應(yīng)②的v正_______v逆(填“>”、“< ”或“=”）。

（3）在體積一定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，如果該反應(yīng)的平衡常數(shù)K2值變小，下列說法正確的是_______。

A．在平衡移動過程中逆反應(yīng)速率先增大后減小

B．容器中CH3OCH3的體積分數(shù)增大

C．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小

D．達到新平衡后體系的壓強增大

（4）一定條件下在恒溫恒容的密閉容器中，按不同投料比充入CO(g)和H2(g)進行反應(yīng)①，平衡時CO(g)和H2(g)的轉(zhuǎn)化率如圖所示，則a =_________（填數(shù)值）。

（5）綠色電源“二甲醚燃料電池”的結(jié)構(gòu)圖所示，電解質(zhì)為熔融態(tài)的碳酸鹽（如熔融 K2CO3)，其中CO2會參與電極反應(yīng)。工作時負極的電極反應(yīng)為____________。該電池負極與水庫的鐵閘相連時，可以保護鐵閘不被腐蝕，這種電化學(xué)保護方法叫做__________。

Answer 1

【答案】 -20.0 0.24 1 < A D 2 CH3OCH3-12e-+6CO32-=8CO2↑+3H2O 外加電流的陰極保護法

【解析】(1). 已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1= -90.0 kJmol-1 ，

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H2

③H2O(l)=H2O(g) =+44.0 kJ/mol。由合成氣(CO、H2)制備1molCH3OCH3(g)，且生成H2O(1),整個過程中放出的熱量為244kJ可寫出熱化學(xué)方程式為：

④2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g) + H2O(l) △H4 = -244 kJ mol-1

反應(yīng)④=①2+②-③，則△H4 =2△H1+△H2-△H3，所以△H2=△H4 +△H3-2△H1=-20 kJ mol-1

(2). CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度（mol/L） 1 3 0

轉(zhuǎn)化量 0.6 1.2 0.3

平衡量 0.4 1.8 0.3

所以，用H2表示反應(yīng)①的速率是V(H2)= = = 0.24 mol·L-1·min-1。

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.3 0 0

轉(zhuǎn)化量 0.1 0.2 0.2

平衡量 0.2 0.2 0.2

所以，可逆反應(yīng)②的平衡常數(shù)K2= =1

若在500K時，測得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH)，則n(CH3OCH3)= n(H2O)，Qc= =4>K2,此時反應(yīng)②向逆反應(yīng)方向進行，所以v正<v逆。

(3). 在體積一定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，如果該反應(yīng)的平衡常數(shù)K2值變小，由于平衡常數(shù)只受溫度影響，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說明反應(yīng)混合物體系的溫度升高了，正、逆反應(yīng)速率都增大，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動了，逆反應(yīng)速率逐漸減小， 正反應(yīng)速率逐漸增大；由于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，的物質(zhì)的量減少，所以 容器中CH3OCH3的體積分數(shù)減小；

雖然氣體分子數(shù)不變，但是溫度比原平衡升高使得達到新平衡后體系的壓強增大。綜上所述，AD正確。

(4). 轉(zhuǎn)化率= 100%，不同反應(yīng)物的變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，所以當(dāng)反應(yīng)物的起始量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，不同反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率必然是相等的。所以a=2。

(5). 分析二甲醚燃料電池中反應(yīng)物可知，二甲醚是還原劑，氧氣是氧化劑，熔融的碳酸鉀為電解質(zhì)，所以負極上是二甲醚失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為： CH3OCH3-12e-+6CO32-=8CO2↑+3H2O 。該電池負極與水庫的鐵閘相連時，可以保護鐵閘不被腐蝕，這種電化學(xué)保護方法叫做外加電流的陰極保護法。