Question

二甲醚是一種重要的清潔燃料，工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚．利用水煤氣合成二甲醚的熱化學(xué)方程式為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1．
（1）該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率，可以采取的措施是

 

（填字母）
A．降低溫度   B．加入催化劑   C．縮小容器體積    D．增加H₂的濃度   E．分離出二甲醚
（2）該反應(yīng)可以分兩步進(jìn)行：
4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁ ①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1
則反應(yīng)①的焓變△H₁=

 

kJ?mol^-1，熵變△S

 

（填“＞、＜或=”）0．
已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表所示：

化學(xué)鍵	C-H	O-H	H-H	C-O	C≡O(shè)
鍵能/kJ．mol-1	413	463	436	358	1072

CO中C與O之間為叁鍵連接，則CO₂中碳氧鍵的鍵能是

 

kJ?mol^-1．
（3）二甲醚也可以通過(guò)CH₃OH分子間脫水制得：
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-23.5kJ?mol^-1．在T₁℃，恒容密閉容器中建立上述平衡，體系中各組分濃度變化如下表：

物質(zhì)	CH3OH （g）	CH3OCH3 （g）	H2O （g）
起始濃度/mol．l-1	2	0.2	0
平衡濃度/mol．l-1	0.4	1	0.8

①該條件下反應(yīng)平衡常數(shù)K=

 

．
②相同條件下，若改變起始濃度．

物質(zhì)	CH3OH （g）	CH3OCH3 （g）	H2O （g）
起始濃度/mol．l-1	0.4	1.2	0.6

此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正

 

（填“＞、＜或=”）v_逆．
（4）二甲醚-空氣是一種高效的燃料電池，在氫氧化鉀溶液中，電池反應(yīng)方程式為：
CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）+4KOH（aq）═2K₂CO₃（aq）+5H₂O（l）
請(qǐng)寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)外加條件對(duì)速率和平衡的影響分析；
（2）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知方程構(gòu)建目標(biāo)方程，再計(jì)算△H；根據(jù)方程式中氣體的計(jì)量數(shù)的變化判斷，熵的變化；根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=△H計(jì)算；
（3）①根據(jù)平衡常數(shù)的含義結(jié)合表中數(shù)據(jù)計(jì)算；
②根據(jù)

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

與K的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，然后判斷正、逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系；
（4）二甲醚-空氣燃料電池中負(fù)極上二甲醚失電子生成碳酸根離子．

解答：解：（1）該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率，則速率加快而且平衡正移；
A．降低溫度，反應(yīng)速率減小，不符合題意，故A不選；
B．加入催化劑，速率加快，但是平衡不移動(dòng)，不符合題意，故B不選；
C．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，速率加快，平衡正移二甲醚的產(chǎn)率提高，故C選；
D．增加H₂的濃度，速率加快，平衡正移二甲醚的產(chǎn)率提高，故D選；
E．分離出二甲醚，濃度減小，反應(yīng)速率減小，不符合題意，故E不選；
故答案為：CD；
（2）已知：4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁ ①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1 ②
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1③
根據(jù)蓋斯定律可知①+②=③，則①=③-②，所以△H₁=（-274kJ?mol^-1）-（-42kJ?mol^-1）=-232kJ?mol^-1；
由方程4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）可知反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少，所以熵減小，即△S＜0；
已知CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1，反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=△H，則1072+463×2-2Q-436=-42，所以Q=802KJ；
故答案為：-232；＜；802；
（3）①K=

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

0.8×1

0．42

=5；
故答案為：5；
②相同條件下，若改變起始濃度，則

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

1.2×0.6

0．42

=4.5＜K，則反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，所以反應(yīng)正向進(jìn)行，則v_正＞v_逆；
故答案為：＞；
（4）二甲醚-空氣燃料電池中負(fù)極上二甲醚失電子生成碳酸根離子，反應(yīng)的電極方程式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了影響反應(yīng)速率和平衡的因素、反應(yīng)熱的計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)算、電極方程式的書(shū)寫(xiě)等，題目側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，題目綜合性較大，難度中等．