Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．以CH₄和 H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如图1．请填空：

（1）在一定条件下，反应室1中发生反应：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．
 在其它条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O通入反应室1（假设容积为10L），1min末有 0.1molCO生成，则1min内反应的平均速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
（2）已知：CO的燃烧热为283kJ/mol；
CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol
在一定条件下，反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，该热化学方程式为

 

．（本题涉及的条件均在同一条件下）
（3）反应室3中在催化剂作用下发生如下反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）． 
对此反应进行如下研究：
①在压强为0.1MPa条件下，容积为2L时，充入0.2mol CO与0.4mol H₂在催化剂作用下反应生成甲醇．CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示．则p₁

 

p₂ （填“＜”、“＞”或“=”）；在p₁压强下，100℃时，若温度不变，反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数K的值为

 

，再加入1.0 mol CO后重新达到平衡，则CO的转化率

 

（填“增大”、“不变”或“减小”），CH₃OH的体积分数

 

 （填“增大”、“不变”或“减小”）．
②在容积为1L的密闭容器中分别充入1mol CO和 2mol H₂，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图3所示．则该正反应的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”），判断的理由是

 

．
（4）我国某科研所提供一种碱性“直接二甲醚燃料电池”．该燃料电池负极的电极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO

2- 3

+11H₂O．
有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫（体积分数为x）废气的方法如下：
①将含SO₂的废气通入电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；
②将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸；
③将盐酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂气体回收．
用上述碱性“直接二甲醚燃料电池”电解食盐水来处理标准状况下VL的废气，计算消耗二甲醚的质量．

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,反应速率的定量表示方法,化学反应速率的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,化学反应速率专题,电化学专题

分析：（1）降低温度正、逆反应速率都降低；根据方程式计算生成的氢气的物质的量，进而计算氢气的浓度变化，根据v=

△c

△t

计算v（H₂）；
（2）反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，根据盖斯定律计算；
（3）依据图象分析，随温度升高，一氧化碳转化率减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应；依据平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
（4）依据化学反应转化关系，热量电池电极饱和氯化钠溶液生成的氢氧化钠吸收二氧化硫，结合电子守恒进行计算．

解答： 解：（1）降低温度逆反应速率减小；
1min末有0.1mol CO生成，根据方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）可知，生成的氢气为0.1mol×3=0.3mol，容器的体积为10L，
则1min内用氢气表示的平均速率v（H₂）=

0.3mol 10L

1min

=0.03mol/（L?min）；
故答案为：减小；0.03；
（2）已知：①CO的燃烧热为283kJ/mol，则CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ/mol；
②CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol
利用盖斯定理将①×2+③×2-②可得：
2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-2×（-283kJ/mol）+2×（-484kJ/mol）-（-1323kJ/mol）=-211kJ/mol，
故答案为：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-211kJ/mol；
（3）①由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为p₂的CO转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即p₁＜p₂；
CO的起始浓度为

0.2mol

2L

=0.1mol/L，H₂的起始浓度为

0.4mol

2L

=0.2mol/L，由图2可知，在p₁压强下，100℃时，CO的转化率为0.5，CO的浓度变化量为0.1mol/L×0.5=0.05mol/L，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）：0.1    0.2         0
变化（mol/L）：0.05    0.1      0.05
平衡（mol/L）：0.05    0.1      0.05
所以平衡常数k=

0.05

0.05×0．12

=100，
若温度不变，再加入1.0 mol CO后重新达到平衡，虽然平衡向正方向移动，但转化的比加入的少，则转化率减小；CH₃OH的体积分数减小；
故答案为：＜；100；减小；减小；
②从图象可以看出，升高温度，甲醇的物质的量减少，说明正反应是放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜，升高温度甲醇的物质的量减少，反应向吸热方向进行；
（4）CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO^2-₃+11H₂O，2H⁺+2e^-═H₂↑，2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，SO₂+NaOH═NaHSO₃，得到CH₃OCH₃～12SO₂，依据条件计算，设二甲醚质量为X；
CH₃OCH₃～12SO₂
46     12mol
x      

V

22.4

x=

23V

134.4

g；
故答案为：

23V

134.4

g．

点评：本题考查了热化学方程式的书写方法，化学平衡的分析判断，平衡常数计算应用，原电池、电解池原理中的电子守恒计算，综合考查学生的分析能力和计算能力，较为综合，题目难度中等．