Question

下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問(wèn)題：

I．已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡表常數(shù)達(dá)式為：K＝，它所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為                                            。
II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來(lái)可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業(yè)上以CO和H₂為原料生產(chǎn)CH₃OCH₃。工業(yè)制備二甲醚在催化反應(yīng)室中（壓力2．0～10．0Mpa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)：
①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H₁＝－90．7kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) △H₂＝－23．5kJ·mol^－1
③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H₃＝－41．2kJ·mol^－1
（1）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為                                         。
830℃時(shí)反應(yīng)③的K＝1．0，則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K    1．0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）在某溫度下，若反應(yīng)①的起始濃度分別為：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2．4 mol/L，5 min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50％，則5 min內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為      　     ；若反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L；達(dá)到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，a＝        mol/L。
（3）反應(yīng)②在t℃時(shí)的平衡常數(shù)為400，此溫度下，在0．5L的密閉容器中加入一定的甲醇，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的物質(zhì)的量濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c(mol/L)	0．8	1．24	1．24

 
①此時(shí)刻v_正   v_逆（填“大于”“小于”或“等于”
②平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量濃度是                    。
以二甲醚、空氣、KOH 溶液為原料，以石墨為電極可直接構(gòu)成燃料電池，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為                                              ；若以1．12L/min（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的速率向電池中通入二甲醚，用該電池電解500mL2mol/L CuSO₄溶液，通電0．50 min后，計(jì)算理論上可析出金屬銅的質(zhì)量為                         

Answer 1

I．C(s) + H₂O(g)  CO(g)+H₂(g) （1分）
II．（1）3CO(g)＋3H₂(g)  CH₃OCH₃(g) ＋CO₂(g) △H₁＝－246．1kJ·mol^－1    > （1分）
（2）0．1mol/(L·min)  （1分）  5．4 （1分）
（3）大于（1分）   1．6mol/L （1分）
（4）CH₃OCH₃ -12e^-+16OH ^- = 2CO₃^2-+11H₂O （1分）  9．6g （2分）

解析試題分析：I．根據(jù)題給平衡常數(shù)表達(dá)式，結(jié)合質(zhì)量守恒定律寫(xiě)出，化學(xué)方程式為
C(s) + H₂O(g)  CO(g)+H₂(g)；II．（1）根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3CO(g)＋3H₂(g)  CH₃OCH₃(g) ＋CO₂(g) △H₁＝－246．1kJ·mol^－1；該反應(yīng)放熱，降溫平衡向正向移動(dòng)，K增大，故在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K＞1．0；（2）根據(jù)v=△c/△t,將題給數(shù)據(jù)代入計(jì)算，v(CO)= 0．1mol/(L·min)；根據(jù)平衡計(jì)算——三行式計(jì)算。
CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)      CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)
起始濃度（mol/L）  1      2.4          0           4      a           0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）  0.5     1           0.5          2      4           2
平衡濃度（mol/L）  0.5    1.4          0.5          2      a-4         2
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入平衡常數(shù)表達(dá)式，計(jì)算得a=5．4；
（3）①根據(jù)信息知，Q= c(CH₃OCH₃) c(H₂O)/ c²(CH₃OH),代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Q=2.4，Q＜K，反應(yīng)正向進(jìn)行，v_正大于v_逆；②根據(jù)平衡計(jì)算——三行式進(jìn)行計(jì)算。平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量濃度是1．6mol/L；
（4）以二甲醚、空氣、KOH 溶液為原料，以石墨為電極可直接構(gòu)成燃料電池，二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)原子守恒和電荷守恒，該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OCH₃ -12e^-+16OH ^- = 2CO₃^2-+11H₂O；根據(jù)電子守恒計(jì)算析出銅的質(zhì)量，2m(Cu)/64=1.12/22.4×0.5×12，m(Cu)=9.6g。
考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律和電化學(xué)。