Question

（14分）甲醇、二甲醚等被稱為綠色能源，工業上利用天然氣為主要原料與二氧化碳、水蒸氣在一定條件下制備合成氣（CO、H₂），再制成甲醇、二甲醚（CH₃OCH₃）。
（1）已知1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩定的氧化物放出的熱量為32kJ，請寫出二甲醚燃燒熱的熱化學方程式____________________________________________________________________。
（2）寫出二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式   __________________________________。
（3）用合成氣制備二甲醚的反應原理為：2CO(g) + 4H₂(g)CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)。已知一定條件下，該反應中CO的平衡轉化率隨溫度、投料比[n(H₂) / n(CO)]的變化曲線如下左圖：

①a、b、c按從大到小的順序排序為_________________，該反應的△H_______0（填“＞”、“＜”）。
②某溫度下，將2.0molCO(g)和4.0molH₂(g)充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中CH₃OCH₃(g)的物質的量分數變化情況如上圖所示，關于溫度和壓強的關系判斷正確的是            ；
A. P₃＞P₂，T₃＞T₂        B. P₁＞P₃，T₁＞T₃     C. P₂＞P₄，T₄＞T₂        D. P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密閉容器里按體積比為1:2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向逆反應方向移動的是      ；
A. 正反應速率先增大后減小     B. 逆反應速率先增大后減小
C. 化學平衡常數K值減小       D. 氫氣的轉化率減小
④ 某溫度下，將4.0molCO和8.0molH₂充入容積為2L的密閉容器中，反應達到平衡時，測得二甲醚的體積分數為25%，則該溫度下反應的平衡常數K＝__________。

Answer 1

（1）CH₃OCH₃(g) + 3O₂(g)＝2CO₂(g) + 3H₂O(l) △H＝-1472kJ/mol
（2）CH₃OCH₃ -12e- + 16OH^-＝2CO₃^2- + 11H₂O
（3）①a＞b＞c；＜ ②B、D ③B、C ④ 2.25

試題分析：（1）1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩定的氧化物放出的熱量為32kJ，則1mol二甲醚即46g二甲醚完全燃燒生成穩定的氧化物放出的熱量為46×32kJ＝1472kJ，因此二甲醚燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OCH₃(g) + 3O₂(g)＝2CO₂(g) + 3H₂O(l) △H＝-1472kJ/mol。
（2）原電池中負極失去電子，因此二甲醚在負極通入，發生氧化反應。若電解質顯堿性，則二甲醚的氧化產物最終變為碳酸鹽，因此二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式為CH₃OCH₃ -12e- + 16OH^-＝2CO₃^2- + 11H₂O。
（3）①氫氣和CO均是反應物，因此投料比[n(H₂) / n(CO)]越大，CO的轉化率越大，所以根據圖像可知a＞b＞c；同樣根據圖像可知升高溫度CO的轉化率降低，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，即△H＜0。
②根據圖像可以看出，對于反應：2CO(g) + 4H₂(g)CH₃OCH₃(g) + H₂O(g) △H＜0，壓強越大，二甲醚的物質的量分數則越大，溫度越高，二甲醚的物質的量分數越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃，故答案為：BD；
③化學平衡的標志是正逆反應速率相等，當逆反應速率大于正反應速率時，說明反應是逆向進行的。A、正反應速率先增大后減小，說明平衡向正反應方向移動，A不正確；B、逆反應速率先增大后減小，說明平衡向逆反應方向移動，B正確；C、化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，因此化學平衡常數K值減小，說明平衡向逆反應方向移動，C正確；D、氫氣的轉化率減小，無法判斷平衡移動方向，D不正確，故答案為：BC；
④根據反應的化學方程式可知，
2CO(g) + 4H₂(g)CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)
起始濃度（mol/L）  2         4            0            0
轉化濃度（mol/L） 2x         4x           x             x
平衡濃度（mol/L）2－2x     4－4x          x             x
反應達到平衡時，測得二甲醚的體積分數為25%
則＝0.25
解得x＝0.75
所以該溫度下平衡常數K＝＝2.25