Question

5．二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的精细化工产品，被认为是二十一世纪最有潜力的燃料．已知：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol
工业上制备二甲醚的主要方法经历了三个阶段：
①甲醇液体在浓硫酸作用下或甲醇气体在催化作用下直接脱水制二甲醚；
2CH₃OH$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃+H₂O
②合成气CO与H₂直接合成二甲醚：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
③天然气与水蒸气反应制备二甲醚．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇工业流程如图1：

（1）写出CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反应生成CO₂（g）和H₂O（1）的热化学方程：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=-567.3kJ/mol（结果保留一位小数）
（2）在反应室2中，一定条件下反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）在密闭容器中达到平衡后，要提高CO的转化率，可以采取的措施是AD．
A．低温高压        B．加催化剂      C．增加CO浓度       D．分离出二甲醚
（3）在反应室3中，在一定温度和压强条件下发生反应：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H＜0反应达到平衡时，改变温度（T）和压强（P），反应混合物中CH₃OH的物质的量分数变化情况如图2所示，关于温度（T）和压强（P）的关系判断正确的是CD（填序号）
A．P₃＞P₂   T₃＞T₂
B．P₂＞P₄   T₄＞T₂
C．P₁＞P₃  T₁＞T₃
D．P₁＞P₄   T₂＞T₃

（4）反应室1中发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．
写出平衡常数的表达式：k=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$，如果温度降低，该反应的平衡常数变小．（填“不变”、“变大”、“变小”）
（5）图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图则a电极的反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol，②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，$\frac{①+②}{3}$可得CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反应生成CO₂（g）和H₂O（1）的热化学方程；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）为放热反应，提高CO的转化率，应使平衡正向移动；
（3）增大压强，平衡向体积缩小的方向移动，温度升高，平衡向着吸热方向进行．在一定温度和压强条件下发生了反应：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，增大压强，平衡正向移动，则反应混合物中甲醇（CH₃OH）的物质的量分数逐渐增大，温度升高，平衡逆向移动，则反应混合物中甲醇（CH₃OH）的物质的量分数逐渐减小，结合图象判断甲醇的物质的量分数变化情况判断；
（4）平衡常数等于生成物与反应物的浓度幂比值，正反应物为吸热反应，降低温度，平衡逆向移动；
（5）二甲醚被氧化，为原电池的负极，碱性条件下生成碳酸根离子和水．

解答 解：（1）已知：①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol，②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，$\frac{①+②}{3}$可得CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=$\frac{-1455kJ/mol-247kJ/mol}{3}$=-567.3kJ/mol，
故答案为：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=-567.3kJ/mol；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）为放热反应，提高CO的转化率，应使平衡正向移动，可降低温度，增大压强，或分离出二甲醚，
故答案为：AD；
（3）增大压强，平衡向体积缩小的方向移动，在一定温度和压强条件下发生了反应：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，增大压强，平衡正向移动，则反应混合物中甲醇（CH₃OH）的物质的量分数逐渐增大，即P₁＞P₂＞P₃＞P₄，
温度升高，平衡向着吸热方向进行，在一定温度和压强条件下发生了反应：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，温度升高，平衡逆向移动，则反应混合物中甲醇（CH₃OH）的物质的量分数逐渐减小，故T₁＞T₂＞T₃＞T₄，
故答案为：CD；
（4）对于CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，K=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$，正反应物为吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，则平衡常数减小，
故答案为：k=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$；变小；
（5）二甲醚被氧化，为原电池的负极，碱性条件下生成碳酸根离子和水，电极方程式为CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11 H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题考查化学平衡的影响因素以及化学平衡的计算知识，为高频考点，侧重考查学生的分析能力和计算能力的考查，属于综合知识的考查，注意根据平衡移动原理分析解答，题目难度不大．