Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細化工產(chǎn)品，被認為是二十一世紀最有潛力的燃料（已知：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455KJ/mol）．同時它也可以作為制冷劑而替代氟氯代烴．工業(yè)上制備二甲醚的主要方法經(jīng)歷了三個階段：
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇氣體在催化作用下直接脫水制二甲醚；
2CH₃OH

催化劑

CH₃OCH₃+H₂O
②合成氣CO與H₂直合成二甲醚：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備二甲醚．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇工業(yè)流程如下：

（1）寫出CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反應(yīng)生成CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）①方法中用甲醇液體與濃硫酸作用直接脫水制二甲醚，盡管產(chǎn)率高，但是逐步被淘汰的主要原因是

 

．
（3）在反應(yīng)室2中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）在密閉容器中達到平衡后，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

．
A．低溫高壓    B．加催化劑      C．增加CO濃度      D．分離出二甲醚
（4）在反應(yīng)室3中，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應(yīng)：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0反應(yīng)達到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應(yīng)混合物CH₃OH“物質(zhì)的量分數(shù)”變化情況如圖甲，關(guān)于溫度（T）和壓強（P）的關(guān)系判斷正確的是

 

．（填序號）
A．P₃＞P₂  T₃＞T₂     B．P₂＞P₄  T₄＞T₂ C．P₁＞P₃  T₁＞T₃ D．P₁＞P₄  T₂＞T₃
（5）反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0；寫出平衡常數(shù)的表達式：

 

．如果溫度降低，該反應(yīng)的平衡常數(shù)

 

．（填“不變”、“變大”、“變小”）
（6）將CH₄設(shè)計成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖乙（A、B為多孔性碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準狀況下，消耗甲烷體積V L．
①0＜V≤44.8L時，電池總反應(yīng)方程式為

 

；
②44.8L＜V≤89.6L時，負極電極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法結(jié)合蓋斯定律來計算并書寫即可；
（2）根據(jù)濃硫酸的腐蝕性結(jié)合化工生產(chǎn)實際來回答判斷；
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施即使得化學(xué)平衡正向移動即可；
（4）根據(jù)溫度和壓強對化學(xué)平衡的影響來回答判斷即可；
（5）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K=

各生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積

各反應(yīng)物平衡濃度 系數(shù)次冪之積

來書寫，并根據(jù)溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響來回答；
（6）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)．

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，
據(jù)蓋斯定律，（①+②）÷3得到，CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（1）△H=-567.3kJ/mol．
故答案為：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（1）△H=-567.3kJ/mol；
（2）濃硫酸具有強的腐蝕性，對設(shè)備腐蝕嚴重，且會伴隨反應(yīng)產(chǎn)物二氧化硫的產(chǎn)生，環(huán)境污染嚴重，并且操作條件惡劣．
故答案為：濃硫酸對設(shè)備腐蝕嚴重，環(huán)境污染嚴重，操作條件惡劣；
（3）A．低溫高壓均能使得化學(xué)平衡正向移動，可以提高CO的轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B．加催化劑，不會改變轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；
C．增加CO濃度，會使其轉(zhuǎn)化率減小，故C錯誤；
D．分離出二甲醚，能使得化學(xué)平衡正向移動，可以提高CO的轉(zhuǎn)化率，故D正確．
故選AD；
（4）對于反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，壓強越大，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)則越大，溫度越高，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃．
故答案為：CD；
（5）反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0的平衡常數(shù)的表達式K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

，該反應(yīng)是吸熱的，所以如果溫度降低，化學(xué)平衡常數(shù)減�。�
故答案為：變小；
（6）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當(dāng)0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O．
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

點評：本題考查了運用蓋斯定律計算焓變、熱化學(xué)方程式的書寫、影響化學(xué)平衡的因素、燃料電池等重要考點，涉及的知識點較多，綜合性較強，難度較大．