Question

【题目】DME（二甲醚、CH3OCH3）是一种重要的清洁能源，可作为柴油的理想替代燃料和民用燃料，被誉为“二十一世纪的新能源”。另外，二甲醚还被广泛用作致冷剂、气雾剂以及有机化工中间体。

（1）工业上一步法制二甲醚的生产流程如下：

在一定的温度（230-2800C）、压强（2-10MPa）和催化剂作用下，反应器中进行下列一些反应：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=—90.7kJ·mol—1

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=—23.5kJ·mol—1

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=—41.2kJ·mol—1

反应器中总反应式可表示为：3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g），则该反应的△H = 。

（2）CO2是大气中含量最高的一种温室气体，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。目前，由CO2来合成二甲醚已取得了较大的进展，其化学反应是：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H＞0。判断该反应在一定条件下，体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是 。

A．容器中密度不变 B．容器内压强保持不变

C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3 D．单位时间内消耗2molCO2，同时消耗1mol二甲醚

（3）二甲醚也可以通过CH3OH分子间脱水制得2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g） △H = —23.5kJ·mol—1 ，在T1℃，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。

T1℃时，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为：C(CH3OH)=0.4mol/L 、C(H2O)=0.6 mol/L、C(CH3OCH3)=

1.2 mol/L，此时正、逆反应速率的大小：V正_______V逆(填“>”、“<”、或“=”)。

（4）如图为二甲醚燃料电池的工作原理示意图。请回答下列问题：

①A电极是 极。

②B电极上发生的电极反应式是 。

③若燃料电池中通入二甲醚（沸点为-24.9 ℃）的速率为1.12L/min（标准状况），以该燃料电池作为电源电解2 mol·L—1CuSO4溶液500mL，则通电30秒钟后理论上在阴极可析出金属铜 g（假设整个过程中，能量利用率为75%）。

Answer 1

【答案】（1）-246.1kJ/mol；（2）B、D；(3)>；

（4）①正；②CH3OCH3+3H2O-12e—=2CO2+12H+；③7.2

【解析】

试题分析：（1）已知①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=—90.7kJ·mol—1

②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=—23.5kJ·mol—1

③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=—41.2kJ·mol—1

根据盖斯定律：①×2+②+③得反应：3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H =-246.1 kJ/mol。

（2）A．该反应在体积恒定的密闭容器中进行，容器内气体的质量保持不变，容器中密度不随反应的进行而变化，密度不变，不能说明反应达到平衡状态，错误；B．该反应正向为气体物质的量减小的反应，随着反应的进行，容器内压强逐渐减小，当压强保持不变时反应达到平衡状态，正确；C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3 ，没有明确正、逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态，错误；D．单位时间内消耗2molCO2，同时消耗1mol二甲醚，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，正确，选BD。

（3）根据图像知在T1℃，恒容密闭容器中反应：2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g）达到平衡时，c(CH3OH)=0.4mol/L，c(H2O)=0.8mol/L，c(CH3OCH3)=1.0 mol/L，则K= c(H2O) c(CH3OCH3)/ c2(CH3OH)=5，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为：c(CH3OH)=0.4mol/L 、c(H2O)=0.6 mol/L、c(CH3OCH3)=1.2 mol/L，Q= c(H2O) c(CH3OCH3)/ c2(CH3OH)=4.5，Q<K，反应向正反应进行，v （正）＞v （逆）。

（4）①原电池中，阳离子移向电源的正极，根据氢离子移动方向知，A为燃料电池正极；②B为燃料电池的负极，二甲醚在该电极上发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3 + 3H2O -12e—= 2CO2 + 12H+；③若燃料电池中通入二甲醚（沸点为-24.9 ℃）的速率为1.12L/min（标准状况），通电30秒钟后，发生反应的二甲醚的物质的量为0.025mol，结合B极电极反应式知转移的电子为0.025mol×12=0.3mol，整个过程中，能量利用率为75%，用于电解硫酸铜溶液转移的电子为0.3mol×75%=0.225mol，根据电极反应式：Cu2＋+2e－=Cu知阴极析出铜的物质的量为0.1125mol，质量为以该燃料电池作为0.1125mol×64g/mol=7.2g。