Question

“生物质”是指由植物或动物生命体衍生得到的物质的总称．“生物质能”是人类解决能源危机的一种重要的能源．“生物质”在一定条件下可气化为CO、H₂等原料气，进而合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃），相关反应为：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；
②4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．
请根据图1、2示回答问题：
（1）由H₂和CO合成二甲醚的热化学方程式是

 

．
（2）在T₁、T₂温度下，向两个容积相同的密闭容器中分别通入1molCO和2molH₂合成甲醇，则T₁、T₂温度下对应反应的平衡常数K₁

 

K₂（选填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）在一定条件下，向一个容积可变的密闭容器中充入4molH₂、2molCO、1molCH₃OCH₃ （g）和1molH₂O（g），经一定时间反应②达到平衡状态，此时测得混合气体密度是相同条件下起始时的1.6倍．反应开始时正、逆反应速率的大小关系为υ_正

 

υ_逆（选填“＞”、“＜”或“=”），平衡时n（CH₃OCH₃）=

 

mol．
（4）图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．
（a、b均为多孔性Pt电极）．
a电极是

 

极（填“正”或“负”）；
b电极上的电极反应为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）依据图象分析书写热化学方程式，根据盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）图象分析，先拐先平的分析方法可知T₁＜T₂，依据化学平衡移动原理分析判断；
（3）反应前后气体总质量不变；用差量法解题，方程式中3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）减少了4mol；
（4）氧气得电子，化合价降低，故b电极是正极；由图知在a电极二甲醚与水反应生成二氧化碳和氢离子，故a电极的反应式为（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；

解答： 解：（1）图象分析可知反应的热化学方程式为 ①4H₂（g）+2CO（g）=2CH₃OH（g）；△H=-162.6kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
由盖斯定律①+②得到：4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-186.1KJ/mol，
故答案为：4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-186.1KJ/mol；
（2）图象分析可知T₁＜T₂，温度越高甲醇物质的量越小，说明升温平衡逆向进行，正反应为放热反应，2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），则T₁、T₂温度下对应反应的平衡常数K₁＞K₂，故答案为：＞；
（3）在一定条件下，向一个容积可变的密闭容器中充入4molH₂、2molCO、1molCH₃OCH₃（g）和1molH₂0（g），4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反应前后气体总质量不变，同温、同压下，达到平衡时，气体密度增大，即气体体积缩小，平衡正向进行，正反应速率大于逆反应速率；平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则总物质的量变为原先的0.625倍，总物质的量=8×0.625=5mol，反应前后减少了3mol，设反应生成甲醚xmol，
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）减少了4mol，
                   1                        4
                   x                        3
解得：x=0.75mol平衡时，n（CH₃OCH₃）=1+0.75=1.75mol，
故答案为：＞；1.75；
（4）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，氧气在正极放电，b电极为正极，由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳，由离子交换膜可知还生成氢离子，a电极的电极反应式为CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，b电极上的反应为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，故答案为：负；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．

点评：本题考查影响平衡的因素、化学平衡常数、化学平衡图象、反应热的计算原电池原理应用等综合性强，难度中等．