Question

能源是制约国家发展进程的因素之一。甲醇、二甲醚等被称为2 1世纪的绿色能源，工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气（CO、H₂），再制成甲醇、二甲醚。

（1）工业上，可以分离合成气中的氢气，用于合成氨，常用醋酸二氨合亚铜

[Cu（NH₃）₂Ac]溶液（Ac=CH₃COO^－）（来吸收合成气中的一氧化碳，其反虚原理为：

[Cu（NH₃）₂Ac]（aq）+CO+NH₃[Cu（NH₃）₃]Ac•CO（aq）（△H＜0）

常压下，将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu（NH₃）₂]AC溶液的措施是          ；

（2）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：

反应a：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）  △H＝－49.0kJ/mol

反应b：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）  △H<0

①对于反应a，某温度下，将4.0 mol CO₂（g）和12.0 mol H₂（g）充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，测得甲醇蒸气的体积分数为30%，则该温度下反应的平衡常数为     ；

②对于反应b，某温度下，将1.0mol CO（g）和2．0 mol H₂（曲充入固定容积的密闭容器中，反应到达平衡时，改变温度和压强，平衡体系中CH₃OH的物质的量分数变化情况如图所示，温度和压强的关系判断正确的是          ；（填字母代号）

A．p₃>p₂，T₃>T₂

B．p₂>p₄，T₄>T₂

C．p₁>p₃，T₁>T₃

D．p₁>p₄，T₂>T₃

（3）CO可以合成二甲醚，二甲醚可以作为燃料电池的原料，化学反应原理为：

CO（g）+4H₂（g）CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）   △H<0

①在恒容密闭容器里按体积比为1:4充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是        ；

A．逆反应速率先增大后减小

B．正反应速率先增大后减小

C．反应物的体积百分含量减小

D．化学平衡常数K值增大

②写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式          ；

③己知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量。关于二甲醚碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池，下列说法正确的是          （填字母）

A．两种燃料互为同分异构体，分子式和摩尔质量相同，比能量相同

B．两种燃料所含共价键数目相同，断键时所需能量相同，比能量相同

C．两种燃料所含共价键类型不同，断键时所需能量不同，比能量不同

（4）已知l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ，请写出表示二甲醚燃烧热的热化学方程式                     。

 

Answer 1

【答案】

（1）加热（2分）

（2）①1.33或 （2分，若书写单位且正确得2分，单位错误不得分） ②C、D（2分）

②C、D（2分）

（3）①B、D （2分） 

②CH₃OCH₃－12e^－＋16OH^－= 2CO₃^2－＋11H₂O （2分）       ③C（2分）

（4）CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g) = 2CO₂(g)＋3H₂O(l)  ΔH=－1454.98 kJ/mol（2分）

【解析】

试题分析：（1）将吸收一氧化碳的溶液处理重新获得[Cu（NH₃）₂]AC溶液只要使平衡向逆反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大的吸热反应，所以在高温低压下使平衡逆移。

（2）①根据反应方程式计算，

         CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）

起始：4.0 mol    12.0 mol             0               0  

转化：xmol      3xmol             xmol         xmol 

平衡：4－xmol  12－xmol        xmol          xmol 

＝30%   x=3mol  

             CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）

平衡浓度：0.5mol/L  1.5mol/L      1.5mol/L     1.5mol/L

t₁时达到达到平衡状态，平衡常数=＝=1.33或 

②根据化学平衡移动的影响因素：温度、压强来分析：升高温度，化学平衡向着吸热方向进行，升高压强，化学平衡向着气体体积减小的方向进行。 CH₃OH的物质的量分数时随着p₁、p₂、p₃、p₄逐渐降低，说明向着逆向移动，逆向是气体体积增大的方向，所以p₁、p₂、p₃、p₄压强逐渐升高， B错，CH₃OH的物质的量分数时随着T₁、T₂、T₃、T₄逐渐升高，说明正向移动，正向是放热反应，说明T₁、T₂、T₃、T₄ 温度逐渐降低。A错。所以选C、D。

（3）①A．逆反应速率先增大后减小，说明一定逆向移动。

B．正反应速率先增大后减小，说明一定正向移动

C．反应物的体积百分含量减小，不一定正向移动

D．化学平衡常数K值增大，因为这个反应征方向是放热反应，说明一定正向移动

所以选B、D  

②反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，碱性环境中生成碳酸钾与氢水．正极反应还原反应，氧气在正极放电生成氢氧根离子；正极反应为氧气得到电子发生还原反应，在碱性环境中生成氢氧根离子，正极反应为3O₂+12e^－+6H₂O=12OH^－；负极上是燃料甲醚发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，即为：CH₃OCH₃－12e^－＋16OH^－= 2CO₃^2－＋11H₂O ；     

③由乙醇和二甲醚的分子结构可知，化学式都是C₂H₆O，组成元素及其原子个数完全相同，互为同分异构体，分子式和摩尔质量相同，乙醇和二甲醚的分子结构不同，无论是物理性质还是化学性质，还是共价键类型，断键时所需能量不可能完全相同，所以比能量肯定不同。所以选C（2分）

（4）l g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63 kJ，l mol（46g）二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为31.63×46= 1454.98 kJ，所以二甲醚燃烧热的热化学方程式CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g) = 2CO₂(g)＋3H₂O(l)  ΔH=－1454.98 kJ/mol。

考点：考查涉及化学平衡移动、热化学方程式、平衡常数、原电池等内容。