Question

甲醚又称甲醚，简称DME，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，与石油液化气（LPG)相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气（CO、H₂)制备二甲醚的反应原理如下：

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

②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+ H₂O(g)   △H₂

回答下列问题：

（1）若由合成气(CO、H₂)制备lmolCH₃OCH₃(g)，且生成H₂O(1),整个过程中放出的热量为244kJ，则△H₂=________kJ • mol^-1。（已知：H₂O(1)=H₂O(g) △H=+44.0 kJ/mol)

（2）有人模拟该制备原理，500K时，在2L的密闭容器中充入2molCO和6mol H₂，5min达到平衡，平衡时CO的转化率为60%，c(CH₃OCH₃)=0.2mol·L^-1，用H₂表示反应①的速率是_______mol·L^-1·min^-1，可逆反应②的平衡常数K₂=_________。

若在500K时，测得容器中n(CH₃OCH₃)=2n(CH₃OH)，此时反应②的v_正_______v_逆(填“>”、“< ”或“=”）。

（3）在体积一定的密闭容器中发生反应②，如果该反应的平衡常数K₂值变小，下列说法正确的是_______。

A．在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小   

B．容器中CH₃OCH₃的体积分数增大

C．容器中混合气体的平均相对分子质量减小     

D．达到新平衡后体系的压强增大

（4）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按不同投料比充入CO(g)和H₂(g)进行反应①，平衡时CO(g)和H₂(g)的转化率如图所示，则a =_________（填数值）。

（5）绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构图所示，电解质为熔融态的碳酸盐（如熔融 K₂CO₃)，其中CO₂会参与电极反应。工作时负极的电极反应为____________。该电池负极与水库的铁闸相连时，可以保护铁闸不被腐蚀，这种电化学保护方法叫做__________。

Answer

-20.0 0.24 1 < A D 2 CH3OCH3-12e-+6CO32-=8CO2↑+3H2O 外加电流的阴极保护法

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

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H2

③H2O(l)=H2O(g) =+44.0 kJ/mol。由合成气(CO、H2)制备1molCH3OCH3(g)，且生成H2O(1),整个过程中放出的热量为244kJ可写出热化学方程式为：

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

反应④=①2+②-③，则△H4 =2△H1+△H2-△H3，所以△H2=△H4 +△H3-2△H1=-20 kJ• mol-1

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

起始浓度（mol/L） 1 3 0

转化量 0.6 1.2 0.3

平衡量 0.4 1.8 0.3

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

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)

起始浓度（mol/L） 0.3 0 0

转化量 0.1 0.2 0.2

平衡量 0.2 0.2 0.2

所以，可逆反应②的平衡常数K2= =1

若在500K时，测得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH)，则n(CH3OCH3)= n(H2O)，Qc= =4>K2,此时反应②向逆反应方向进行，所以v正v逆，反应向正反应方向进行；若Qc=K，则反应处于化学平衡状态；若Qc>K，则v正