Question

（16分）下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I．已知该产业链中某反应的平衡表达式为：K＝，它所对应反应的化学方程式为                                            。
II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用.工业上以CO和H₂为原料生产CH₃OCH₃。工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应：
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）催化反应室中总反应的热化学方程式为               。830℃时反应③的K＝1.0，则在催化反应室中反应③的K    1.0（填“>”、“<”或“＝”）。
（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2.4 mol/L，5 min后达到平衡，CO的转化率为50％，则5 min内CO的平均反应速率为      　     ；若反应物的起始浓度分别为：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L；达到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，a＝        mol/L。
（3）为了寻找合适的反应温度，研究者进行了一系列试验，每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变，试验结果如图.CO转化率随温度变化的规律是      ，其原因是            .

（4）“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源，其工作原理如图所示。写出a电极上发生的电极反应式                                              。

Answer 1

C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）（2分）
（1）3CO(g)＋3H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g) ΔH＝－246.1 kJ·mol^－1（2分）；
＞（2分）
（2）0.1mol/(L·min) （2分）；5.4 （2分）
（3）温度低于240℃时，CO的转化率随着温度的升高而增大；温度高于240℃时，CO的转化率随着温度的升高而减小。（2分）
在较低温时，各反应体系均未达到平衡，CO的转化率主要受反应速率影响，随着温度的升高反应率增大，CO的转化率也增大；在较高温时，各反应体系均已达到平衡，CO的转化率主要受反应限度影响，随着温度的升高平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小。（2分）
（4）CH₃OCH₃＋3H₂O－12e^－＝2CO₂＋12H⁺（2分）

解析