Question

二甲醚（CH₃OCH₃）具有优良的燃烧性能，被称为21世纪的“清洁能源”．一步法合成二甲醚是以合成气（CO/H₂）为原料，在一定温度、压强和催化剂作用下进行，反应器中发生了下列反应：
①CO（g）+2H₂（g ）?CH₃OH（g）；△H₁=90.7  kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H₂=23.5  kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O?（g）CO₂（g）+H₂（g）；△H₃=41.2  kJ?mol^-1
（1）-步法合成二甲醚的总反应可表示为3CO（g）+3H₂（g）CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），该反应的AH=    ．平衡常数表达式为    ．
（2）另一种合成二甲醚的方法称为“二步法”，该工艺为让反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生，而“一步法”的反应③的发生提高了CH₃OCH₃的产率，原因是    ．
（3）由CO₂加氢直接合成二甲醚可以消除过度CO₂排放对环境的影响．当在合成反应器中加入碳氢比[n（CO₂）/n（H₂）]为1：3的混合气体，在一定条件下反应得到二甲醚和水蒸气，实现了CO₂的减排目的．该反应的反应方程式为    ；  判断该反应在一定温度下，体积恒定的密闭容器中下列不能作为达到化学平衡状态的依据是   
A．容器的密度不变
B．容器内压强保持不变
C，平均摩尔质量保持不变
D．单位时间内消耗2mol CO₂，同时消耗1mol二甲醚
（4）以二甲醚为燃料的燃料电池工作原理如图所示：则正极为    （填A极或B极），写出A电极反应式    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，根据平衡常数概念写出计算表达式，平衡常数指产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值；
（2）反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动；
（3）当在合成反应器中加入碳氢比[n（CO₂）/n（H₂）]为1：3的混合气体，在二定条件下反应得到二甲醚和水蒸气，依据原子守恒写出化学方程式；化学平衡状态的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变，分析选项判断；
（4）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，A极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子．
解答：解：（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7KJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5KJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2KJ?mol^-1，
根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1KJ?mol^-1，
平衡常数指产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值，所以k=，
故答案为：-246.1KJ?mol^-1；；
（2）反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高CH₃OCH₃的产率，
故答案为：反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高CH₃OCH₃的产率；
（3）当在合成反应器中加入碳氢比[n（CO₂）/n（H₂）]为1：3的混合气体，在二定条件下反应得到二甲醚和水蒸气，实现了CO₂的减排目的．该反应的反应方程式为：2CO₂+6H₂CH₃OCH₃+3H₂O，在一定温度下，体积恒定的密闭容器中下列不能作为达到化学平衡状态的依据是：
A．反应前后气体质量守恒，体积固定，所以过程中密度不变，容器的密度不变不能证明反应达到平衡，故A错误；
B．反应前后气体体积变化，容器内压强保持不变说明反应大平衡，故B正确；
C，气体在数和，反应前后气体物质的量发生变化，平均摩尔质量保持不变说明反应达到平衡，故C正确；
D．单位时间内消耗2mol CO₂，同时消耗1mol二甲醚证明反应的正逆反应速率相同，能说明反应达到平衡，故D正确；
故答案为：2CO₂+6H₂CH₃OCH₃+3H₂O；A；
（4）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，A极为负极，B为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，A电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，故答案为：B；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．
点评：本题考考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，平衡常数计算，影响平衡的因素分析判断，原电池原理的分析应用，题目难中等．