Question

二甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀(jì)的新型燃料，在未來(lái)可能替代汽車燃油、石油液化氣、城市煤氣等，市場(chǎng)前景極為廣闊。它清潔、高效，具有優(yōu)良的環(huán)保性能。

工業(yè)上制二甲醚是在一定溫度(230～280 ℃)、壓強(qiáng)(2.0～10.0 MPa)和催化劑作用下進(jìn)行的，反應(yīng)器中發(fā)生了下列反應(yīng)。

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝－90.7 kJ·mol－1　①

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－23.5 kJ·mol－1　②

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.2 kJ·mol－1　③

(1)反應(yīng)器中的總反應(yīng)可表示為3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，則該反應(yīng)的ΔH＝__________，平衡常數(shù)表達(dá)式為____________________，在恒溫、可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，二甲醚的產(chǎn)率會(huì)________(填升高、降低或不變)。

(2)二氧化碳是一種重要的溫室氣體，減少二氧化碳的排放是解決溫室效應(yīng)的有效途徑。目前，由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2CO2(g)＋6H2(g)??CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＞0。

該反應(yīng)在恒溫、體積恒定的密閉容器中進(jìn)行，下列不能作為該反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)的是________。

A．容器內(nèi)混合氣體的密度不變

B．容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)保持不變

C．容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

D．單位時(shí)間內(nèi)消耗2 mol CO2的同時(shí)消耗1 mol二甲醚

(3)二甲醚氣體的燃燒熱為1 455 kJ·mol－1，工業(yè)上用合成氣(CO、H2)直接或間接合成二甲醚。下列有關(guān)敘述正確的是________。

A．二甲醚分子中含共價(jià)鍵

B．二甲醚作為汽車燃料不會(huì)產(chǎn)生污染物

C．二甲醚與乙醇互為同系物

D．表示二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OCH3(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－1 455 kJ·mol－1

(4)綠色電源“直接二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖如圖所示：正極為________(填“A電極”或“B電極”)，寫出A電極的電極反應(yīng)式：________________________________________。

 

 

Answer 1

　(1)－246.1 kJ·mol－1　　升高　(2)A　(3)A　(4)B電極　CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋

【解析】　(1)根據(jù)蓋斯定律，ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－246.1 kJ·mol－1，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二甲醚的產(chǎn)率升高。(2)該反應(yīng)特點(diǎn)是，所有反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣態(tài)，正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，正反應(yīng)吸熱。恒容條件下，密度始終不變，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)不改變時(shí)表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B選項(xiàng)正確；氣體摩爾質(zhì)量等于質(zhì)量與物質(zhì)的量之比，當(dāng)物質(zhì)的量不變時(shí)，氣體平均摩爾質(zhì)量也不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C選項(xiàng)正確；由反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量數(shù)知，單位時(shí)間內(nèi)消耗2 mol CO2，必生成1 mol CH3OCH3，即二甲醚的消耗速率等于其生成速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D選項(xiàng)正確。(3)CH3OCH3分子中只存在碳?xì)滏I、碳氧鍵，它們都是共價(jià)鍵，A選項(xiàng)正確；二甲醚含碳、氫、氧元素，燃燒時(shí)仍然會(huì)產(chǎn)生CO、CO2等大氣污染物，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；CH3OCH3與CH3CH2OH分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；燃燒熱強(qiáng)調(diào)生成的水為液態(tài)，正確的熱化學(xué)方程式為CH3OCH3(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 455 kJ·mol－1，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。(4)從電池裝置圖看，A電極通入二甲醚和水，B電極通入氧氣，該燃料電池中，二甲醚是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，A極為負(fù)極；氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，B電極為正極。負(fù)極反應(yīng)式為CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2＋

12H＋。