Question

二甲醚(CH₃OCH₃)被称为21世纪的新型燃料，在未来可能替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极为广阔。它清洁、高效，具有优良的环保性能。
工业上制二甲醚是在一定温度(230～280 ℃)、压强(2.0～10.0 MPa)和催化剂作用下进行的，反应器中发生了下列反应。
CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)    ΔH₁＝－90.7 kJ·mol^－1　①
2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)     ΔH₂＝－23.5 kJ·mol^－1　②
CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)   ΔH₃＝－41.2 kJ·mol^－1　③
(1)反应器中的总反应可表示为3CO(g)＋3H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)，则该反应的ΔH＝__________，平衡常数表达式为____________________，在恒温、可变容积的密闭容器中进行上述反应，增大压强，二甲醚的产率会________(填升高、降低或不变)。
(2)二氧化碳是一种重要的温室气体，减少二氧化碳的排放是解决温室效应的有效途径。目前，由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大进展，其化学反应方程式为2CO₂(g)＋6H₂(g)??CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)　ΔH＞0。
该反应在恒温、体积恒定的密闭容器中进行，下列不能作为该反应已达到化学平衡状态的判断依据的是________。
A．容器内混合气体的密度不变
B．容器内混合气体的压强保持不变
C．容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
D．单位时间内消耗2 mol CO₂的同时消耗1 mol二甲醚
(3)二甲醚气体的燃烧热为1 455 kJ·mol^－1，工业上用合成气(CO、H₂)直接或间接合成二甲醚。下列有关叙述正确的是________。
A．二甲醚分子中含共价键
B．二甲醚作为汽车燃料不会产生污染物
C．二甲醚与乙醇互为同系物
D．表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋3H₂O(g)　ΔH＝－1 455 kJ·mol^－1
(4)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：正极为________(填“A电极”或“B电极”)，写出A电极的电极反应式：________________________________________。

Answer 1

　(1)－246.1 kJ·mol^－1　　升高　(2)A　(3)A　(4)B电极　CH₃OCH₃＋3H₂O－12e^－=2CO₂＋12H^＋

　(1)根据盖斯定律，ΔH＝2ΔH₁＋ΔH₂＋ΔH₃＝－246.1 kJ·mol^－1，增大压强，平衡向正反应方向移动，二甲醚的产率升高。(2)该反应特点是，所有反应物和产物都是气态，正反应是气体分子数减小的反应，正反应吸热。恒容条件下，密度始终不变，A选项错误；正反应是气体分子数减小的反应，压强不改变时表明反应达到平衡状态，B选项正确；气体摩尔质量等于质量与物质的量之比，当物质的量不变时，气体平均摩尔质量也不变，反应达到平衡状态，C选项正确；由反应式的化学计量数知，单位时间内消耗2 mol CO₂，必生成1 mol CH₃OCH₃，即二甲醚的消耗速率等于其生成速率，反应达到平衡状态，D选项正确。(3)CH₃OCH₃分子中只存在碳氢键、碳氧键，它们都是共价键，A选项正确；二甲醚含碳、氢、氧元素，燃烧时仍然会产生CO、CO₂等大气污染物，B选项错误；CH₃OCH₃与CH₃CH₂OH分子式相同，结构不同，互为同分异构体，C选项错误；燃烧热强调生成的水为液态，正确的热化学方程式为CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋3H₂O(l)　ΔH＝－1 455 kJ·mol^－1，D选项错误。(4)从电池装置图看，A电极通入二甲醚和水，B电极通入氧气，该燃料电池中，二甲醚是还原剂，发生氧化反应，A极为负极；氧气发生还原反应，B电极为正极。负极反应式为CH₃OCH₃－12e^－＋3H₂O=2CO₂＋
12H^＋。