Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)是一種清潔能源。工業(yè)上，常利用CO2和H2合成二甲醚。有關反應如下(z、y、z均大于0)：

①2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1= -xkJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2= -ykJ·mol-1

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3= -zkJ·mol-1

(1)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H= ___________kJ·mol-1

(2)下列有關合成二甲醚的說法正確的是 ___(填字母)。

a.增大壓強能提高反應速率和CO2的平衡轉化率

b.體系中減小，平衡一定向正方向移動

c.容器體積一定，混合氣體密度不變時一定達到平衡狀態(tài)

d.充入適量CO，可能提高CH3OCH3的產率

(3)在一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，速率表達式為v=v正-v逆=k正c(CO)·c(H2O)-k逆c(CO2)·c(H2O)(其中，k正、k逆為正、逆速率常數(shù)，與濃度無關)。達到平衡時，升高溫度，將_____選填“增大”“減小”或“不變”)。

(4)在恒容密閉容器中用CO2和H2合成二甲醚時CO2的平衡轉化率與溫度、投料比的關系如圖所示。

①500K時，將9mol H2和3mol CO2充入2L恒容密閉容器中，5min時反應達到平衡狀態(tài)，則0～5min內的平均反應速率v(H2)=____________ molL-1min-l，該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=____(列出計算式即可，無需化簡)。

②由圖像可以得出的結論是_________(答兩條)。

(5)工業(yè)上也可用CO和H2合成二甲醚，而且二者還能作燃料電池的燃料。以CO、H2體積比為1:2的混合氣體與空氣在KOH溶液中構成燃料電池(以石墨為電極)，開始時，負極的電極反應式為____。

Answer 1

【答案】-(x+2z) ad 減小 0.72 投料比不變，升高溫度CO2的平衡轉化率降低，溫度不變，投料比越大，CO2的平衡轉化率越大 CO+ 2H2 – 6e- +8OH- = CO32- + 6H2O

【解析】

(1)已知：①2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1= -xkJ·mol-1

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3= -zkJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律可知①+2×③可得反應2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，所以△H=△H1+2△H3=-(x+2z) kJ·mol-1；

(2)a．合成二甲醚的反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強可以提高反應速率同時使平衡正向移動，提高CO2的平衡轉化率，故a正確；

b．若分離出CO2使體系減小，平衡逆向移動，故b錯誤；

c．容器體積不變，且反應物和生成物均為氣體，則平衡移動過程中氣體的質量不變，所以混合氣體的密度一直不變，不能根據(jù)密度不變判斷是否達到平衡，故c錯誤；

d．充入CO可使反應②平衡右移增大CO2的量，促使反應③正向移動，提高二甲醚的產率，故d正確；

故答案為ad；

(3)平衡狀態(tài)時，正、逆反應速率相等，即k正c(CO)·c(H2O)=k逆c(CO2)·c(H2O)，可得=K(平衡常數(shù))，該反應正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，即減��；

(4)①500K、投料比等于3時，CO2的平衡轉化率為80%，容器體積為2L，則在該時間段內二氧化碳的平均反應速率為=0.24 molL-1min-l，同一反應同一時段內不同物質反應速率之比等于計量數(shù)之比，所以v(H2)=3v(CO2)=0.72 molL-1min-l；列三段式有

則該反應的平衡常數(shù)K==；

②根據(jù)圖像可知投料比不變，升高溫度CO2的平衡轉化率降低，溫度不變，投料比越大，CO2的平衡轉化率越大；

(5)CO和H2在反應過程中被氧化，所以在負極區(qū)充入，電解質溶液為KOH溶液，所以電極方程式為CO+ 2H2 – 6e- +8OH- =CO32- + 6H2O。