Question

7．二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

请填空：
（1）在一定条件下，反应室1中发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．将1.0molCH₄和2.0molH₂O通人反应室1（假设容积为10L），10min末有0.1molCO生成，则10min内反应的平均速率v（H₂）=0.003mol/（L．min）．该反应平衡常数的表达式：K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知：CH₃OCH₃ （g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323KJ/mol；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484KJ/mol；
CO的燃烧热：283KJ/mol．
在一定条件下，反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，该热化学方程式为2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-211kJ/mol．（本题涉及的条件均在同一条件下）
（3）绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如图1所示，写出X电极的电极反应式（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺
（4）反应室3中在催化剂作用下发生如下反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．对此反应进行如下研究：
①在容积为1L的密闭容器中分别充入1molCO和2molH₂，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图2所示．

则：该正反应的△H＜0（填“＜”、“＞”或“=“）．
②在容积均为1L的a、b、c三个相同密闭容器中分别充入1mol CO和2mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃，在其他条件相同情况下，实验测得反应均进行到5min时甲醇的体积分数如图3所示．下列说法正确的是BD
A．a、b、c三容器5min时的正反应速率大小为：b＞a＞c
B．达到平衡时，a、b、c中CO转化率为a＞b＞c
C．5min时，a、b、c三容器中的反应均可能达到平衡状态．
D．将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压．

Answer 1

分析 （1）10min内反应的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$，v（H₂）=3v（CO）；该反应平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）CH₃OCH₃ （g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323KJ/mol①；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484KJ/mol②；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）H=-283KJ/mol③，
将方程式2②+2③-①得2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），焓变进行相应的改变；
（3）根据氢离子移动方向知，X是负极、Y是正极，该原电池是燃料电池，则X电极上二甲醚失电子发生氧化反应、Y电极上氧气得电子发生还原反应，X电极上二甲醚失电子生成二氧化碳和氢离子；
（4）①升高温度平衡向吸热方向移动，根据甲醇的物质的量多少判断焓变；
②A．温度越高化学反应速率越快；
B．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动；
C．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，温度由T₁到T₂平衡正向移动，由T₂到T₃平衡逆向移动；
D．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；反应后气体体积小于反应前，减小压强．平衡逆向移动．

解答 解：（1）10min内反应的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{10min}$=0.001mol/（L．min），v（H₂）=3v（CO）=0.003mol/（L．min）；该反应平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，所以该反应化学平衡常数K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：0.003mol/（L．min）；K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$；
（2）CH₃OCH₃ （g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323KJ/mol①；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484KJ/mol ②；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）H=-283KJ/mol③，
将方程式2②+2③-①得2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H=2×（-484kJ/mol）+2×（-283kJ/mol）-（-1323kJ/mol）=-211kJ/mol，
故答案为：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-211kJ/mol；
（3）根据氢离子移动方向知，X是负极、Y是正极，该原电池是燃料电池，则X电极上二甲醚失电子发生氧化反应、Y电极上氧气得电子发生还原反应，X电极上二甲醚失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案为：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（4）①升高温度平衡向吸热方向移动，根据图知，升高温度甲醇体积分数降低，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，焓变小于0，故答案为：＜；
②A．温度越高化学反应速率越快，温度T₁＜T₂＜T₃，所以反应速率a＜b＜c，故A错误；
B．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，温度T₁＜T₂＜T₃，所以CO转化率a＞b＞c，故B正确；
C．该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，温度由T₁到T₂平衡正向移动，由T₂到T₃平衡逆向移动，所以a未达到平衡状态，b可能达到平衡状态，c达到平衡状态，故C错误；
D．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；反应后气体体积小于反应前，减小压强．平衡逆向移动，故将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压，故D正确，
故答案为：BD．

点评 本题考查化学平衡计算、原电池原理等知识点，侧重考查学生图象分析判断及计算能力，难点是电极反应式的书写及（4）图象分析，易错点是（4）②中C平衡点判断，题目难度中等．