Question

（16分）二甲醚是重要的有机中间体，利用二氧化碳加氢合成二甲醚能变废为宝，且可替代汽油作为新型清洁燃料。
（1）常温常压下，二氧化碳加氢可选择性生成二甲醚或一氧化碳：
①CO₂ (g)＋3H₂(g)＝CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H₁ ＝－55.7 kJ/mol
②2CH₃OH(l) ＝ CH₃OCH₃(g)＋H₂O (l)  △H₂ ＝－23.4 kJ/mol
③CO₂ (g)＋3H₂(g) ＝CO(g) + H₂O (l)    △H ₃>0
则CO₂(g)加氢转化为CH₃OCH₃(g)和H₂O (l)的热化学方程式是___________________________________________________。
（2）合成二甲醚往往选用硅铝混合物作催化剂，硅铝比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同。下图是硅铝比与产物选择性图：

反应③的平衡常数表达式为                ，图中A点和B点的平衡常数比较：K_A______K_B（填“>、=、<”）。根据以上两条曲线，写出其中一条变化规律：                 ___________________。
（3）在280^oC时，向一个2L的密闭容器中加入等量2mol二氧化碳和氢气， A点二甲醚的浓度为0.15 mol·L^－1，计算在A点二氧化碳的转化率，要求写出计算过程。
（4）二甲醚逐渐发展为替代汽油的清洁燃料，在二甲醚燃料电池中，二甲醚通入______极，碱性条件下，该电极反应式是                。

Answer 1

（1）2CO₂(g)+6H₂(g) = CH₃OCH₃(g)+3 H₂O(l)   △H ＝－134.8kJ/mol （3分）
（2）K=（2分）    “="”" （2分）
a.温度越高，二甲醚的选择性越大；b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小。（其它正确答案均可得分，2分）
（3）起始状态c(H₂)=c(CO₂)=2mol/2L=1mol/L
2CO₂+6H₂=CH₃OCH₃+ 3H₂O
c(起始)  1.00mol/L    1.00mol/L        0           0
c(转化)  0.30mol/L    0.90mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
c(平衡)  0.70mol/L    0.10mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
CO₂的转化率=（2分，答案正确且有过程均给2分）
（4）负 （2分）    CH₃OCH₃+16OH^-－12e^-═2CO₃^2-+11H₂O（3分，配平错误只扣1分）

解析试题分析：（1）CO₂(g)加氢转化为CH₃OCH₃(g)和H₂O (l)的热学方程式2CO₂(g)+6H₂(g)= CH₃OCH₃(g)+3H₂O(l)，根据盖斯定律，分析反应①、②及该反应的关系可知，将①式乘以2并加上②式可得该反应，故△H ＝2△H₁+△H₂=－23.4 kJ/mol ×2+（－55.7 kJ/mol）=－134.8kJ/mol；（2）反应③中的生成物水是纯液体，浓度为常数，故平衡常数表达式为： K=；平衡常数只受温度影响，图中280^oC下的A点和B点的平衡常数相等；从图中两条曲线的变化趋势及对比情况可以看出：230^oC的曲线变化相对平缓，280^oC的曲线变化程度较大且先升后降，280^oC二甲醚物质的量分数较大，温度升高，二甲醚的物质的量浓度的变化受影响的程度也有所改变等，故可以概括为：a.温度越高，二甲醚的选择性越大；b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小；等等。
（3）依题意可知，起始状态c(H₂)=c(CO₂)=2mol/2L=1mol/L
2CO₂     +      6H₂   =   CH₃OCH₃ +  3 H₂O
c(起始)  1.00mol/L    1.00mol/L        0           0
c(转化)  0.30mol/L    0.90mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
c(平衡)  0.70mol/L    0.10mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
CO₂的转化率=
（4）在二甲醚燃料电池中，二甲醚作为燃料，氧气作为氧化剂，故二甲醚应通入负极，碱性条件下，燃料电池中负极上燃料失电子发生氧化反应，该电极反应式为： CH₃OCH₃+16OH^-－12e^-═2CO₃^2-+11H₂O。
考点：考查热化学方程式、化学平衡常数的应用及燃料电池电极反应式。