Question

下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I．已知该产业链中某反应的平衡表常数达式为：K＝，它所对应反应的化学方程式为                                            。
II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H₂为原料生产CH₃OCH₃。工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2．0～10．0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应：
①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H₁＝－90．7kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) △H₂＝－23．5kJ·mol^－1
③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H₃＝－41．2kJ·mol^－1
（1）催化反应室中总反应的热化学方程式为                                         。
830℃时反应③的K＝1．0，则在催化反应室中反应③的K    1．0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2．4 mol/L，5 min后达到平衡，CO的转化率为50％，则5 min内CO的平均反应速率为      　     ；若反应物的起始浓度分别为：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L；达到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，a＝        mol/L。
（3）反应②在t℃时的平衡常数为400，此温度下，在0．5L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c(mol/L)	0．8	1．24	1．24

 
①此时刻v_正   v_逆（填“大于”“小于”或“等于”
②平衡时二甲醚的物质的量浓度是                    。
以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料，以石墨为电极可直接构成燃料电池，则该电池的负极反应式为                                              ；若以1．12L/min（标准状况）的速率向电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL2mol/L CuSO₄溶液，通电0．50 min后，计算理论上可析出金属铜的质量为                         

Answer 1

I．C(s) + H₂O(g)  CO(g)+H₂(g) （1分）
II．（1）3CO(g)＋3H₂(g)  CH₃OCH₃(g) ＋CO₂(g) △H₁＝－246．1kJ·mol^－1    > （1分）
（2）0．1mol/(L·min)  （1分）  5．4 （1分）
（3）大于（1分）   1．6mol/L （1分）
（4）CH₃OCH₃ -12e^-+16OH ^- = 2CO₃^2-+11H₂O （1分）  9．6g （2分）

试题分析：I．根据题给平衡常数表达式，结合质量守恒定律写出，化学方程式为
C(s) + H₂O(g)  CO(g)+H₂(g)；II．（1）根据盖斯定律，①×2+②+③得催化反应室中总反应的热化学方程式为3CO(g)＋3H₂(g)  CH₃OCH₃(g) ＋CO₂(g) △H₁＝－246．1kJ·mol^－1；该反应放热，降温平衡向正向移动，K增大，故在催化反应室中反应③的K＞1．0；（2）根据v=△c/△t,将题给数据代入计算，v(CO)= 0．1mol/(L·min)；根据平衡计算——三行式计算。
CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)      CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)
起始浓度（mol/L）  1      2.4          0           4      a           0
转化浓度（mol/L）  0.5     1           0.5          2      4           2
平衡浓度（mol/L）  0.5    1.4          0.5          2      a-4         2
将有关数据代入平衡常数表达式，计算得a=5．4；
（3）①根据信息知，Q= c(CH₃OCH₃) c(H₂O)/ c²(CH₃OH),代入数据计算得Q=2.4，Q＜K，反应正向进行，v_正大于v_逆；②根据平衡计算——三行式进行计算。平衡时二甲醚的物质的量浓度是1．6mol/L；
（4）以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料，以石墨为电极可直接构成燃料电池，二甲醚发生氧化反应，在负极发生反应，根据原子守恒和电荷守恒，该电池的负极反应式为CH₃OCH₃ -12e^-+16OH ^- = 2CO₃^2-+11H₂O；根据电子守恒计算析出铜的质量，2m(Cu)/64=1.12/22.4×0.5×12，m(Cu)=9.6g。