Question

“生物質“是指由植物或動物生命體衍生得到的物質的總稱．“生物質能”是人類解決能源危機的一種重要的能源．“生物質”在一定條件下可氣化為CO、H₂等原料氣，進而合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃），相關反應為：①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）    ②4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
請根據(jù)圖1所示回答問題：
（1）由H₂和CO合成二甲醚的熱化學方程式是

 

．
（2）在T₁、T₂溫度下，向兩個容積相同的密閉容器中分別通入1molCO和2molH₂合成甲醇，則T₁、T₂溫度下對應反應的平衡常數(shù)K₁

 

K₂ （選填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）在一定條件下，向一個容積可變的密閉容器中充入4molH₂、2molCO、1molCH₃OCH₃（g）和1molH₂0（g），經(jīng)一定時間反應②達到平衡狀態(tài)，此時測得混合氣體的密度是起始時的1.6倍．反應開始時正、逆反應速率的大小關系為V（正）

 

V（逆）（選填“＞”、“＜”或“=”），平衡時n（CH₃OCH₃）=

 

mol．
（4）如圖2為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖．（a、b均為多孔性Pt電極）b電極是

 

極．（填“正”或“負”）
a電極上的電極反應為

 

．
（5）CaSO₄是一種微溶物質，已知K_sp（CaSO₄）=9.10×10^-6．現(xiàn)將c mol?L^-1CaCl₂溶液與2.00×10^-2mol?L^-1Na₂S0₄溶液等體積混合（忽略體積的變化＞，則生成沉淀時，c的最小值是

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)圖象分析書寫熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律計算所需熱化學方程式；
（2）圖象分析，先拐先平的分析方法可知T₁＜T₂，依據(jù)化學平衡移動原理分析判斷；
（3）反應前后氣體總質量不變；用差量法解題，方程式中3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）減少了4mol；
（4）氧氣得電子，化合價降低，故b電極是正極；由圖知在a電極二甲醚與水反應生成二氧化碳和氫離子，故a電極的反應式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（5）依據(jù)溶度積常數(shù)計算離子濃度．

解答：解：（1）圖象分析可知反應的熱化學方程式為 ①4H₂（g）+2CO（g）=2CH₃OH（g）；△H=-162.6kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律①+②得到：4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-186.1KJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-186.1KJ/mol；
（2）圖象分析可知T₁＜T₂，溫度越高甲醇物質的量越小，說明升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應，2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），則T₁、T₂溫度下對應反應的平衡常數(shù)K₁＞K₂，故答案為：＞；
（3）在一定條件下，向一個容積可變的密閉容器中充入4molH₂、2molCO、1molCH₃OCH₃（g）和1molH₂0（g），4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應前后氣體總質量不變，同溫、同壓下，達到平衡時，氣體密度增大，即氣體體積縮小，平衡正向進行；平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，則總物質的量變?yōu)樵�先�?.625倍，總物質的量=8×0.625=5mol，反應前后減少了3mol，設反應生成甲醚xmol，
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）減少了4mol，
                   1                        4
                   x                        3
解得：x=0.75mol
平衡時，n（CH₃OCH₃）=1+0.75=1.75mol，
故答案為：平衡正移；1.75；
（4）反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，氧氣在正極放電，b電極為正極，由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳，由離子交換膜可知還生成氫離子，a電極的電極反應式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，故答案為：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；
（5）cmol?L^-1CaCl₂溶液中加入2.00×10^-2mol?L^-1Na₂S0₄溶液等體積混合，硫酸鈉溶液的濃度變?yōu)?×10^-2mol/L，根據(jù)溶度積常數(shù)計算，c（Ca²⁺）=

Ksp

C(SO42-)

=

9.10×10-6

1×10-2

=9.1×10^-4mol/L，因為是等體積混合，所以混合前溶液的濃度是混合后的2倍，所以混合前鈣離子溶液的濃度為9.1×10^-4mol/L×2=1.82×10^-3mol/L，
故答案為：1.82×10^-3mol/L．

點評：本題考查影響平衡的因素、化學平衡常數(shù)、化學平衡圖象、反應熱的計算原電池原理應用等，注意沉淀溶解平衡的分析計算，難度中等．