Question

二甲醚是一種重要的清潔燃料，工業上可利用煤的氣化產物（水煤氣）合成二甲醚．利用水煤氣合成二甲醚的熱化學方程式為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1．
（1）該反應在一定條件下的密閉容器中達到平衡后，為同時提高反應速率和二甲醚的產率，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）該反應可以分兩步進行：
4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁ ①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1
則反應①的焓變△H₁=

 

kJ?mol^-1，熵變△S

 

（填“＞、＜或=”）0．
已知某些化學鍵的鍵能數據如下表所示：

化學鍵	C-H	O-H	H-H	C-O	C≡O
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	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該條件下反應平衡常數K=

 

．
②相同條件下，若改變起始濃度．

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

此時正、逆反應速率的大小：v_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，電池反應方程式為：
CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）+4KOH（aq）═2K₂CO₃（aq）+5H₂O（l）
請寫出負極的電極反應式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根據外加條件對速率和平衡的影響分析；
（2）根據蓋斯定律結合已知方程構建目標方程，再計算△H；根據方程式中氣體的計量數的變化判斷，熵的變化；根據反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=△H計算；
（3）①根據平衡常數的含義結合表中數據計算；
②根據

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

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

解答：解：（1）該反應在一定條件下的密閉容器中達到平衡后，為同時提高反應速率和二甲醚的產率，則速率加快而且平衡正移；
A．降低溫度，反應速率減小，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，不符合題意，故B不選；
C．縮小容器體積，壓強增大，速率加快，平衡正移二甲醚的產率提高，故C選；
D．增加H₂的濃度，速率加快，平衡正移二甲醚的產率提高，故D選；
E．分離出二甲醚，濃度減小，反應速率減小，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）可知反應后氣體的物質的量減少，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，則反應未達到平衡狀態，所以反應正向進行，則v_正＞v_逆；
故答案為：＞；
（4）二甲醚-空氣燃料電池中負極上二甲醚失電子生成碳酸根離子，反應的電極方程式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點評：本題考查了影響反應速率和平衡的因素、反應熱的計算、平衡常數的計算、電極方程式的書寫等，題目側重于考查學生對所學知識的應用能力，題目綜合性較大，難度中等．