Question

（14分）甲醇、二甲醚等被称为绿色能源，工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气（CO、H2），再制成甲醇、二甲醚（CH3OCH3）。

（1）已知1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ，请写出二甲醚燃烧热的热化学方程式____________________________________________________________________。

（2）写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式 __________________________________。

（3）用合成气制备二甲醚的反应原理为：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO)]的变化曲线如下左图：

①a、b、c按从大到小的顺序排序为_________________，该反应的△H_______0（填“＞”、“＜”）。

②某温度下，将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如上图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是 ；

A. P3＞P2，T3＞T2 B. P1＞P3，T1＞T3 C. P2＞P4，T4＞T2 D. P1＞P4，T2＞T3

③在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 ；

A. 正反应速率先增大后减小 B. 逆反应速率先增大后减小

C. 化学平衡常数K值减小 D. 氢气的转化率减小

④ 某温度下，将4.0molCO和8.0molH2充入容积为2L的密闭容器中，反应达到平衡时，测得二甲醚的体积分数为25%，则该温度下反应的平衡常数K＝__________。

 

Answer 1

（1）CH3OCH3(g) + 3O2(g)＝2CO2(g) + 3H2O(l) △H＝-1472kJ/mol

（2）CH3OCH3 -12e- + 16OH-＝2CO32- + 11H2O

（3）①a＞b＞c；＜ ②B、D ③B、C ④ 2.25

【解析】

试题分析：（1）1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ，则1mol二甲醚即46g二甲醚完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为46×32kJ＝1472kJ，因此二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g) + 3O2(g)＝2CO2(g) + 3H2O(l) △H＝-1472kJ/mol。

（2）原电池中负极失去电子，因此二甲醚在负极通入，发生氧化反应。若电解质显碱性，则二甲醚的氧化产物最终变为碳酸盐，因此二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式为CH3OCH3 -12e- + 16OH-＝2CO32- + 11H2O。

（3）①氢气和CO均是反应物，因此投料比[n(H2) / n(CO)]越大，CO的转化率越大，所以根据图像可知a＞b＞c；同样根据图像可知升高温度CO的转化率降低，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正方应是放热反应，即△H＜0。

②根据图像可以看出，对于反应：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H＜0，压强越大，二甲醚的物质的量分数则越大，温度越高，二甲醚的物质的量分数越小，所以P1＞P3、T1＞T3，P1＞P4、T2＞T3，故答案为：BD；

③化学平衡的标志是正逆反应速率相等，当逆反应速率大于正反应速率时，说明反应是逆向进行的。A、正反应速率先增大后减小，说明平衡向正反应方向移动，A不正确；B、逆反应速率先增大后减小，说明平衡向逆反应方向移动，B正确；C、化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此化学平衡常数K值减小，说明平衡向逆反应方向移动，C正确；D、氢气的转化率减小，无法判断平衡移动方向，D不正确，故答案为：BC；

④根据反应的化学方程式可知，

2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)

起始浓度（mol/L） 2 4 0 0

转化浓度（mol/L） 2x 4x x x

平衡浓度（mol/L）2－2x 4－4x x x

反应达到平衡时，测得二甲醚的体积分数为25%

则＝0.25

解得x＝0.75

所以该温度下平衡常数K＝＝2.25

考点：考查热化学方程式书写、外界条件对反应速率和平衡状态的影响以及平衡常数的计算