Question

【题目】二甲醚制备两种方法原理如下

第一种方法：丹麦Topspe工艺的合成气一步法，是专门针对天然气原料开发的一项新技术。

①2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1

第二种方法：二甲醚生产二步法，即先合成甲醇，甲醇在催化剂下制二甲醚。

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2

③2CH3OH(g)CH3OCH3 (g)+H2O(g) △H3

(1)若由合成气(CO、H2)直接制备 1molCH3OCH3(g)，且生成H2O(1)，整个过程中放出的热量为244kJ，则△H2=___________kJ·mol－1。(已知：H2O(1)=H2O(g) △H=+44.0 kJ/mol)

(2)下列有关反应①叙述不正确的是___________

a.达到平衡后，升高温度，ν正减少、ν逆增大，平衡逆向移动

b.当四种物质的浓度相等，反应达到化学平衡状态

c.若改变条件，反应物的转化率一定增大，正反应速率一定大于逆反应速率

d.当达到平衡时2v正(O2)=v逆(CH4)

e.向该恒容平衡体系中充入氩气，ν正、ν逆均增大，平衡向右移动

(3)有人模拟制备原理Ⅱ，绘制如图甲图像：

i说明CO的转化率随温度升高先增大后减小的原因：______________________。

ii.反应②自发进行的条件是______________________。

iii.若在350℃时的2L的密闭容器中充入2 mol CO和6molH2，8min达到平衡，c(CH3OCH3)=0.3mol·L－1，用H2表示反应②的速率是___________；可逆反应③的平衡常数K3=___________。

iv.若350℃时测得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3)，此时反应③v(正)___________ν(逆)，说明原因_________。

(4)光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2、H2O生成二甲醚的光能储存装置如图乙所示则b极的电极反应式为___________________________。

Answer 1

【答案】（-100-0.5△H3）kJ mol-1 a b c e 低于350℃时，反应未达平衡，温度越高，CO转化率越高。高于350℃时，反应均已达平衡，温度越高，平衡逆向移动CO转化率越低。 低温下自发 0.175mol/(L·min) 9 > 此时Q=1<9=K，说明反应还未达到平衡，需正向移动。 12H＋+2CO2+12e－==CH3OCH3+3H2O

【解析】

(1) 利用盖斯定律就可以求出△H

iii利用三等式，可求解。

(1)利用盖斯定律合成气(CO、H2)直接制备 1molCH3OCH3(g)的反应2CO(g)+4H2(g)= CH3OCH3 (g)+H2O(g)，其反应热等于2×△H2+△H3 -△H=-244kJ/mol，则△H2=-100-0.5△H3 kJ mol-1 答案为-100-0.5△H3；

(2) a. 升高温度, 不管是正反应速率，还是逆反应速率都会增加，a符合题意；b. 平衡状态时，只要求各物质浓度保持不变，不要求相等，b符合题意；c. 改变条件，比如扩大体积，平衡，逆向移动反应物的转化率减小, c符合题意；d.当达到平衡时，正反应速率等于逆反应速率且成比例，d不符合题意；e.向该恒容平衡体系中充入氩气，各反应物和生成物的浓度不变，化学反应速率不变；e符合题意，答案为abce；

(3) i根据图像前部分，温度不高，反应没有达到平衡，反应还在向正向移动，转化率增加；后一部分，温度较高，反应达到平衡，升高温度，平衡逆向移动，转化率降低。答案为低于350℃时，反应未达平衡，温度越高，CO转化率越高。高于350℃时，反应均已达平衡，温度越高，平衡逆向移动CO转化率越低；

ii从反应②可以看出来，反应熵减小的反应，根据△G=△H-T△S，反应要自发，应该在低温下进行；答案为低温下自发；

iii350℃下，CO的转化率70%，CO消耗1.4mol,则H2消耗2.8mol,答案为0.175 mol/(L·min)，生成

CH3OH为1.4mol，浓度为0.7mol/L。求③的平衡常数利用三等式，

2CH3OH(g) CH3OCH3 (g) + H2O(g)

开始的浓度 0.7 mol·L－1 0 0

转化的浓度 0.6mol·L－1 0.3mol·L－1 0.3mol·L－1

平衡的浓度 0.1mol·L－1 0.3mol·L－1 0.3mol·L－1

，答案为0.175 mol/(L·min) 9；

iv.根据浓度商计算，n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2)，，正向移动， v(正)>ν(逆)，答案为>，n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2)，，反应正向移动；

(4) 根据电荷守恒和物料守恒，写出来，答案为12H＋+2CO2+12e－==CH3OCH3+3H2O。