Question

20．二甲醚（CH₃OCH₃）是一种应用前景广阔的清洁燃料，以CO和H₂为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应：

编号	热化学方程式
①	CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1
②	2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-24kJ•mol-1
③	CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H3=-41kJ•mol-1

回答下列问题：
（1）该工艺的总反应为3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H
该反应△H=-245.6kJ/mol，化学平衡常数的表达式K=K=K₁²．K₂．K₃
（2）普通工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生．该工艺中反应③的发生提高了CH₃OCH₃的产率，原因是反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动．
（3）以$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H，
其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示：

则该反应的△H＜0（填“＞”或“＜”或“=”），在P₃和316℃反应达到平衡时，H₂的转化率等于50%，图中压强的大小关系为P₁＞P₂＞P₃，理由是增大压强平衡正向移动CO转化率增大．
（4）以二甲醚（CH₃OCH₃）为原料设计电池，一个电极通入空气，另一个电极通入二甲醚蒸气，KOH溶液为电解质，则该电池的负极反应式为CH₃OCH₃-12e^-+16OH ^-=2CO₃^2-+11H₂O ．

Answer 1

分析 （1）由盖斯定律可知，通过①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H进行相应的改变；化学平衡常数K=K₁²．K₂．K₃；
（2）新工艺中反应③消耗反应②中的产物H₂O，减小生成物的浓度，有利于平衡向正反应方向移动；
（3）升高温度CO转化率降低，说明平衡逆向移动；H₂和CO的物质的量之比等于系数比，则两者的转化率相等；相同温度下，增大压强平衡正向移动，则CO转化率增大；
（4）该燃料电池中，负极上二甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子．

解答 解：（1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ．mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH（g）+H₂O （g）△H=-24.5kJ．mol^-1②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ．mol^-1③
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则△H=-90.0kJ/mol×2-24.5kJ/mol-41.1kJ/mol=-245.6kJ/mol，所以热反应方程式为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol，化学平衡常数K=K₁²．K₂．K₃；
故答案为：-245.6kJ/mol；K₁²．K₂．K₃；
（2）反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高CH₃OCH₃的产率，
故答案为：反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动；
（3）升高温度CO转化率降低，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，△H＜0；H₂和CO的物质的量之比等于系数比，则两者的转化率相等，则氢气转化率为50%；相同温度下，增大压强平衡正向移动，则CO转化率增大，根据CO转化率知，P₁＞P₂＞P₃，
故答案为：＜；50%；P₁＞P₂＞P₃；增大压强平衡正向移动CO转化率增大；
（4）二甲醚、空气、KOH溶液为原料总电池反应方程式为：CH₃OCH₃+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+5H₂O，正极电极反应式为：3O₂+6H₂O+2e^-=12e^-，负极反应式为CH₃OCH₃-12e^-+16OH ^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH ^-=2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响、原电池原理等知识点，侧重考查学生对化学平衡移动影响因素的理解和灵活运用，知道温度、压强如何影响平衡移动，难点是（4）题电极反应式的书写．