Question

化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分重要的作用．
（l）蘊(yùn)藏在海底的可燃冰是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體．被稱之為“未來能源”．在25℃、101kPa下，1g甲烷完全燃燒生成和液態(tài)水時(shí)放熱55.6kJ．甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式為

 

：相同條件下，356g可燃冰（分子式為CH₄?9H₂O，Mr=178）釋放的甲烷氣體完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水，放出的熱量為

 

kJ．
（2）二甲醚（CH₃OCH₃）是無色氣體，可作為一種新型能源，具有清潔、高效的優(yōu)良性能．由合成氣（組成為H₂、CO和少量的CO₂）直接制各二甲醚，其中的主要過程包括以下四個(gè)反應(yīng)：
甲醇合成反應(yīng)：（i）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ?mol^-1
（ii）CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ?mol^-1
水煤氣變換反應(yīng)：（iii）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ?mol^-1
二甲醚合成反應(yīng)：（iv）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ?mol^-1
①分析二甲醚合成反應(yīng)（iv）對于CO轉(zhuǎn)化率的影響

 

．
②由H₂和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學(xué)方程式為：

 

．根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強(qiáng)對直接制備二甲醚反應(yīng)的影響

 

．
（3）二甲醚直接燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)．若電解質(zhì)為堿性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為

 

，一個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生

 

電子的電量．51．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)焓變寫出熱化學(xué)方程式；356 g CH₄?9H₂O可以釋放出2 mol CH₄，再根據(jù)燃燒熱的計(jì)算；
（2）①二甲醚合成反應(yīng)（Ⅳ）對于CO轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)合甲醇合成反應(yīng)，水煤氣變換反應(yīng)和化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，依據(jù)計(jì)算得到的反應(yīng)結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷增大壓強(qiáng)的影響；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)；書寫電極反應(yīng)，計(jì)算電子轉(zhuǎn)移；

解答： 解：（1）在25℃、101kPa下，1g甲烷完全燃燒生成和液態(tài)水時(shí)放熱55.6kJ，1mol甲烷燃燒生成和液態(tài)水時(shí)放熱889.6KJ，熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6KJ/mol；356 g CH₄?9H₂O可以釋放出2 mol CH₄，已知甲烷的燃燒熱為889.6 kJ/mol，則889.6kJ/mol×2 mol=1779.2kJ；
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6KJ/mol，1779.2；
（2）①二甲醚合成反應(yīng)（Ⅳ）對于CO轉(zhuǎn)化率的影響，消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（Ⅰ）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)（Ⅲ）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）消耗部分CO，
故答案為：消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（Ⅰ）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)（Ⅲ）消耗部分CO；
②Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ?mol^-1
Ⅳ、2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅳ得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204.7kJ?mol^-1
該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增加壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ?mol^-1；該反應(yīng)分子數(shù)減少，壓強(qiáng)升高使平衡右移，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加．壓強(qiáng)升高使CO和H₂濃度增加，反應(yīng)速率增大；
（3）若電解質(zhì)為堿性，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為二甲醚失電子生成二氧化碳，堿溶液中生成碳酸鹽，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出電極反應(yīng)為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為二甲醚失電子生成二氧化碳，一個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化失去12個(gè)電子，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，12；

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡移動(dòng)原理的分析判斷，原電池原理分析和電極書寫，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．