Question

二甲醚又称甲醚,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=-90.0kJ·mo l ^-1

②2 CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H₂=-20.0kJ·mo l ^-1

回答下列问题：

（1）已知:H₂O(1) =H₂O(g) △H= +44.0kJ/mol，若由合成气(CO、H₂) 制备 1molCH₃OCH₃(g)，且生成 H₂O(1)，其热化学方程式为___________________________________。

（2）有人模拟该制备原理：500K时，在2L的密闭容器中充入2mol CO和6molH₂，5min达到平衡,平衡时测得c(H₂)=1.8mo l·L^-1， c(CH₃OCH₃)=0.2mo l·L^-1，此时 CO的转化率为__________。可逆反应②的平衡常数 K₂=_____________________ _。

（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. 平衡向正反应方向移动                 B. 平衡移动的原因是升高了温度

C. 达到新平衡后体系的压强不变          D. 容器中 CH₃OCH₃ 的体积分数减小

（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1所示，则a=________ (填数值)。

（5）绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图 2 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______________ 。

（6）对于反应CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) △H₁= + 41.2kJ/mol在一个绝热的固定容积的容器中，判断此反应达到平衡的标志是______________。

①体系的压强不再发生变化  ②混合气体的密度不变  ③混合气体的平均相对分子质量不变    ④各组分的物质的量浓度不再改变   ⑤体系的温度不再发生变化    ⑥υ(CO₂)_正＝υ(H₂O)_逆

Answer

2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=-244.0kJ·mo l -1 60% 1 BD 2 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+ ①④⑤⑥

【解析】(1)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1，②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1，③H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol，根据盖斯定律，将①×2+②-③得：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=(-90.0kJ/mo l )×2+(-20.0kJ/mo l )-(+44.0kJ/mol)=-244.0kJ/mo l ，故答案为：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=-244.0kJ/mo l ；

(2) CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)

起始量(mol/L)   1            3                   0

转化量(mol/L)  0.6          1.2                0.6

平衡量(mol/L)  0.4          1.8               0.6

α(CO)= ×100%=60%；

                         2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始量(mol/L)   0.6                     0                   0

转化量(mol/L)  0.4                      0.2                0.2

平衡量(mol/L)  0.2                      0.2                0.2

k===1，故答案为：60%；1；

(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②，反应②为2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1。如果该反应的平衡常数 K2 值变小，说明平衡逆向移动。A. 平衡向逆反应方向移动，故A错误；B. 正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故B正确；C. 体系的温度升高，气体的压强增大，故C错误；D. 平衡向逆反应方向移动，容器中 CH3OCH3 的体积分数减小，故D正确；故选BD；

(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①，①为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1。根据图像，平衡时 CO(g)和 H2(g)的转化率相等，H2(g)和CO(g)的投料比需要与化学方程式的化学计量数之比相等，因此a=2，故答案为：2；

(5)反应本质是二甲醚的燃烧，原电池二甲醚在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(6)①由反应可知，虽然反应前后气体的系数不变，但该反应绝热的固定容积的容器中进行，温度发生变化，也会影响压强，所以体系中的压强不发生变化，能判断平衡，故①正确；  ②因体积不变，气体的总质量不变，所以混合气体的密度始终不变，不发生变化，不能判断平衡，故②错误；③气体的总质量不变，物质的量又不变，所以混合气体的平均摩尔质量始终不变，即平均相对分子质量不变，所以平均相对分子质量不变不能判断平衡，故③错误；④各组分的物质的量浓度不再改变，由平衡的特征“定”可知，则化学反应达到平衡状态，故④正确；⑤体系的温度不再发生变化，则化学反应达到平衡状态，故⑤正确；  ⑥υ(CO2)正=υ(H2O)逆，由平衡的特征“等”可知，则化学反应达到平衡状态，故⑥正确；故选：①④⑤⑥。