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【题目】二甲醚作为燃料电池的原料,可通过以下途径制取:

I.2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH

II.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH

(1)已知:①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41.0kJ·mol1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=-49.0kJ·mol1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol1

则反应IΔH=_______kJ·mol1

(2)10L恒容密闭容器中,均充入4molCO27molH2,分别以铱(Ir)和铈(Ce)作催化剂,通过反应II制二甲醚,反应进行相同的时间后测得的CO2的转化率α(CO2)随反应温度的变化情况如图1所示。

①根据图1,下列说法不正确的是________

A.反应IIΔH<0,ΔS>0

B.600K时,H2的速率:v(b)>v(a)

C.分别用Ir、Ce作催化剂时,Ce使反应II的活化能降低更多

D.从状态de,α(CO2)减小的原因可能是温度升高平衡逆向移动

②状态e(900K)时,α(CO2)=50%,则此时的平衡常数K=______(保留3位有效数字)。

(3)写出二甲醚碱性(电解质溶液为KOH溶液)燃料电池的负极电极反应式____________________________

【答案】—203.5 A、C 6.75×104 CH3OCH3 +16OH—12e=2CO32-+11H2O

【解析】

1)根据已知反应的反应热和盖斯定律,①×2+②×2 计算可得ΔH;

2)①A.由图中信息可知,当温度高于800K时,CO2转化率α(CO2)随反应温度升高而减小,说明该反应为放热反应,ΔH>0,同时该反应气体体积减小,ΔS<0;

B.由图可知,bCO2转化率α(CO2)大于a生成物浓度b点大于a点,故v(b)v(a),由于b点平衡正向进行,v(b)v(b),所以v(b)v(a)

C.由图中信息可知,当温度为400K800K时,反应进行相同时间后测得Ir作催化剂的CO2转化率α(CO2)较高,说明Ir的催化效率更高,所以,用IrCe作催化剂时,反应的活化能降低更多的是Ir;

D.状态de都是平衡状态,从de,该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,α(CO2)减小。

②列出三行式,根据二氧化碳平衡转化率,求出平衡时各组份的浓度,再根据平衡常数计算式计算;

(3)根据电池反应式可知,CH3OCH3在反应中被氧化,O2被还原,CH3OCH3在负极上反应。又因为是碱性溶液不可能有H+参加或生成,根据电子守恒、电荷守恒和原子守恒书写负极反应式

1)已知:①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=41.0kJ·mol1

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=49.0kJ·mol1

CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol1

根据盖斯定律,①×2+②×2 ΔH=(-41.0 kJ·mol1×2+(49.0kJ·mol1×2-(+23.5kJ·mol1)= -203.5kJ·mol1

故答案为—203.5;

(2)A.由图中信息可知,当温度高于800K时,CO2转化率α(CO2)随反应温度升高而减小,说明该反应为放热反应,ΔH>0,同时该反应气体体积减小,ΔS<0,A错误

B.由图可知,bCO2转化率α(CO2)大于a生成物浓度b点大于a点,故v(b)>v(a),由于b点平衡正向进行,v(b)>v(b),所以v(b)>v(a),故B正确;

C.由图中信息可知,当温度为400K800K时,反应进行相同时间后测得Ir作催化剂的CO2转化率α(CO2)较高,说明Ir的催化效率更高,所以,用Ir、Ce作催化剂时,反应的活化能降低更多的是Ir,C错误

D.状态de都是平衡状态de,该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,α(CO2)减小,故D正确。

故答案选AC

②列出三行式,

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始(mol) 4 7 0 0

转化(mol)4×50%=2 6 1 3

平衡(mol) 2 1 1 3

容器容积为10L,则CO2、H2、CH3OCH3、H2O的平衡浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L,

此时的平衡常数K==6.75×104

故答案为:6.75×104

(3)根据电池反应式可知,CH3OCH3在反应中被氧化,O2被还原,CH3OCH3在负极上反应,O2在正极上反应。又因为是碱性溶液不可能有H+参加或生成,故负极反应式为CH3OCH3 16OH—12e=2CO32-11H2O,

故答案为:CH3OCH3 16OH—12e=2CO32-11H2O;

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