Question

【题目】二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下:

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－90.7 kJ·mol-1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=－23.5 kJ·mol-1

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=－41.2kJ·mol-1

回答下列问题:

（1）则反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H＝______kJ·mol-1。

（2）反应①达平衡后采取下列措施,能提高CH3OH产率的有__________。

A.加入H2 B.升高温度 C.增大压强 D.使用催化剂

（3）在一定温度下,将4mol CO和4mol H2混合置于2L的密闭容器中发生反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g),60s时达到平衡状态时,测得气体的总物质的量为4mol。达平衡时,氢气的转化率为__________,用CO表示的反应速率为__________,该反应的平衡常数为__________。

（4）以下说法能说明反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的有__________。

A. 氢气和二氧化碳的浓度之比为3∶1

B.单位时间内断裂3个H－H同时断裂1个C＝O

C.恒温恒容条件下,气体的密度保持不变

D.恒温恒压条件下,气体的平均摩尔质量保持不变

E.绝热体系中,体系的温度保持不变

（5）二甲醚燃料电池的工作原理如图所示：

该电池负极的电极反应式为__________。

Answer 1

【答案】-246.1 AC75％1.5mol/(Lmin)或0.025mol/(LS) 16DE3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H+

【解析】

（1）根据盖斯定律，通过①×2+②+③可得反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g), △H＝-246.1 kJ·mol-1；综上所述，本题答案是：-246.1。

（2）A.增加H2的浓度，平衡右移， CH3OH产率提高，正确；

B.反应放热，升高温度， 平衡左移，CH3OH产率降低，错误；

C.增大压强，平衡右移， CH3OH产率提高，正确；

D.使用催化剂，可以加快反应速率，平衡不移动，转化率不变，CH3OH产率不变，错误；

综上所述，本题答案是：AC。

（3）将4mol CO和4mol H2混合置于2L的密闭容器中发生反应, 设生成CO2的量为x，则：

3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g),

起始量 4 4 0 0

变化量 3x 3x x x

平衡量 4-3x 4-3x x x

60s时达到平衡状态时,测得气体的总物质的量为4mol，4=4-3x+4-3x+x+x，x=1mol；达平衡时,氢气的转化率为(3×1)/4×100%=75％ ；CO变化的浓度为3×1/2=1.5mol/L, CO的反应速率为1.5/60=0.025mol/(LS) (或1.5mol/（Lmin）；反应达平衡时各物质浓度分别为：c(H2)=(4-3)/2=0.5mol/L, c(CO)=(4-3)/2=0.5mol/L, c(CH3OCH3)=1/2=0.5 mol/L，c(CO2)= 1/2=0.5 mol/L, 该反应的平衡常数=c(CO2)c(CH3OCH3)/c3(H2)c3(CO)= 0.52/0.56=16；综上所述，本题答案是：75％，0.025mol/(LS) (或1.5mol/（Lmin）)，16。

（4）A.不清楚开始时通入量是多少,因此两者浓度比为3:1,无法判断是否达到平衡,故A错误；

B.断裂3个H－H键,消耗3个H2，断裂1个C＝O 键,消耗0.5个CO2,两者比值不等于化学计量数之比,因此不能说明反应达到平衡,故B错误；

C.组分都是气体,因此气体质量不变,又是恒容状态,体积不变,根据密度的定义,密度始终不变,因此密度不变,不能说明反应达到平衡,故C错误；

D.组分都是气体,气体质量不变,但反应前后气体系数之和不等,根据摩尔质量的定义,摩尔质量发生变化,因此当平均摩尔质量不变,说明反应达到平衡,故D正确；

E.是绝热容器,温度发生变化,当温度不再改变,说明反应达到平衡,故E正确；

综上所述，本题选DE。

（5）该电池为原电池，二甲醚在负极发生氧化反应，生成二氧化碳，电解质为酸性溶液，所以负极的电极反应式为3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H+；综上所述，本题答案是：3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H+。