Question

二甲醚是一种重要的清洁燃料，工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚．利用水煤气合成二甲醚的热化学方程式为：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1．
（1）该反应在一定条件下的密闭容器中达到平衡后，为同时提高反应速率和二甲醚的产率，可以采取的措施是

 

（填字母）
A．降低温度   B．加入催化剂   C．缩小容器体积    D．增加H₂的浓度   E．分离出二甲醚
（2）该反应可以分两步进行：
4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁ ①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1
则反应①的焓变△H₁=

 

kJ?mol^-1，熵变△S

 

（填“＞、＜或=”）0．
已知某些化学键的键能数据如下表所示：

化学键	C-H	O-H	H-H	C-O	C≡O
键能/kJ．mol-1	413	463	436	358	1072

CO中C与O之间为叁键连接，则CO₂中碳氧键的键能是

 

kJ?mol^-1．
（3）二甲醚也可以通过CH₃OH分子间脱水制得：
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-23.5kJ?mol^-1．在T₁℃，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度变化如下表：

物质	CH3OH （g）	CH3OCH3 （g）	H2O （g）
起始浓度/mol．l-1	2	0.2	0
平衡浓度/mol．l-1	0.4	1	0.8

①该条件下反应平衡常数K=

 

．
②相同条件下，若改变起始浓度．

物质	CH3OH （g）	CH3OCH3 （g）	H2O （g）
起始浓度/mol．l-1	0.4	1.2	0.6

此时正、逆反应速率的大小：v_正

 

（填“＞、＜或=”）v_逆．
（4）二甲醚-空气是一种高效的燃料电池，在氢氧化钾溶液中，电池反应方程式为：
CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）+4KOH（aq）═2K₂CO₃（aq）+5H₂O（l）
请写出负极的电极反应式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根据外加条件对速率和平衡的影响分析；
（2）根据盖斯定律结合已知方程构建目标方程，再计算△H；根据方程式中气体的计量数的变化判断，熵的变化；根据反应物的总键能-生成物的总键能=△H计算；
（3）①根据平衡常数的含义结合表中数据计算；
②根据

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

与K的关系判断反应进行的方向，然后判断正、逆反应速率的大小关系；
（4）二甲醚-空气燃料电池中负极上二甲醚失电子生成碳酸根离子．

解答：解：（1）该反应在一定条件下的密闭容器中达到平衡后，为同时提高反应速率和二甲醚的产率，则速率加快而且平衡正移；
A．降低温度，反应速率减小，不符合题意，故A不选；
B．加入催化剂，速率加快，但是平衡不移动，不符合题意，故B不选；
C．缩小容器体积，压强增大，速率加快，平衡正移二甲醚的产率提高，故C选；
D．增加H₂的浓度，速率加快，平衡正移二甲醚的产率提高，故D选；
E．分离出二甲醚，浓度减小，反应速率减小，不符合题意，故E不选；
故答案为：CD；
（2）已知：4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁ ①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1 ②
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1③
根据盖斯定律可知①+②=③，则①=③-②，所以△H₁=（-274kJ?mol^-1）-（-42kJ?mol^-1）=-232kJ?mol^-1；
由方程4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）可知反应后气体的物质的量减少，所以熵减小，即△S＜0；
已知CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂△H₂=-42kJ?mol^-1，反应物的总键能-生成物的总键能=△H，则1072+463×2-2Q-436=-42，所以Q=802KJ；
故答案为：-232；＜；802；
（3）①K=

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

0.8×1

0．42

=5；
故答案为：5；
②相同条件下，若改变起始浓度，则

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

1.2×0.6

0．42

=4.5＜K，则反应未达到平衡状态，所以反应正向进行，则v_正＞v_逆；
故答案为：＞；
（4）二甲醚-空气燃料电池中负极上二甲醚失电子生成碳酸根离子，反应的电极方程式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

点评：本题考查了影响反应速率和平衡的因素、反应热的计算、平衡常数的计算、电极方程式的书写等，题目侧重于考查学生对所学知识的应用能力，题目综合性较大，难度中等．