Question

20．二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作做冷剂等，对臭氧层无破坏作用．工业上以水煤气（CO、H₂）为原料生产二甲醚CH₃OCH₃的新工艺主要发生三个反应：
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
回答下列问题：
（1）新工艺的总反应3H₂+3CO?CH₃OCH₃+CO₂的热化学方程式为3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol．
（2）已知一些共价键的键能如下：

化学键	H-H	C-H	C-O	O-H
键能（kJ．mol-1	436	414	326	464

运用反应①计算一氧化碳中碳氧共价键的键能1070kJ•mol^-1．
（3）在250℃恒容密闭容器中，下列事实可以说明反应③已达平衡的是（填选项字母）BC．
A．容器内气体密度保持不变    
B．CO与CO₂的物质的量之比保持不变
C．H₂O与CO₂的生成速率之比为1：1   
 D．该反应的平衡常数保持不变
（4）某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，计算此温度下的平衡常数K=2.042．
（5）绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如图所示．
①氧气应从C处通入，电极Y为正极，发生的电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②二甲醚（CH₃）₂O应从b处加入，电极X上发生的电极反应式为（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH减小 （填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律可写出热化学方程式；
（2）反应2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓变=反应物 键能和-生成物键能和；
（3）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，据此分析；
（4）化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；
（5）根据氢离子移动方向知，Y为原电池正极，X为负极，则c处通入的气体是氧气，根据d处生成物知，正极上发生的反应为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，电解质溶液为酸性溶液，b处通入的物质是二甲醚，X电极反应式为（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，则a处出来的物质是二氧化碳，据此分析解答．

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，
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol；
（2）反应2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓变=反应物键能和-生成物键能和，2×436+Q（CO）-3×414-326-464=-90.0，Q（CO）=1070，
故答案为：1070；
（3）反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）前后气体体积不变，
A．恒容容器中，混合气体的密度始终不变，所以容器内气体密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．CO与CO₂的物质的量之比保持不变，说明反应物和生成物浓度不变，反应达到平衡状态，故B正确；
C．H₂O与CO₂的生成速率之比为1：1，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；
D．化学平衡常数只受温度影响，温度不变其不变，所以该反应的平衡常数保持不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：BC；
（4）某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则：
                CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始浓度（mol）：1      3           0
变化浓度（mol）：0.8    1.6        0.8
平衡浓度（mol）：0.2    1.4        0.8
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{C}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.042，
故答案为：2.042；
（5）①c处通入的气体是氧气，根据d处生成物知，正极上发生的反应为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案为：正；O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②b处通入的物质是二甲醚，X电极反应式为（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，故答案为：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③电池在放电过程中，电极X发生的电极反应为（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，X电极周围溶液的pH减小，故答案为：减小．

点评 本题考查较为综合，侧重考查反应热的计算、化学平衡常数计算、化学电源新型电池等知识，注意平衡常数及单位与方程式中化学计量数有关，（5）根据氢离子移动方向确定正负极，再根据d处生成物确定电解质溶液酸碱性，难点是电极反应式书写，题目难度中等．