Question

【題目】DME（二甲醚、CH3OCH3）是一種重要的清潔能源，可作為柴油的理想替代燃料和民用燃料，被譽(yù)為“二十一世紀(jì)的新能源”。另外，二甲醚還被廣泛用作致冷劑、氣霧劑以及有機(jī)化工中間體。

（1）工業(yè)上一步法制二甲醚的生產(chǎn)流程如下：

在一定的溫度（230-2800C）、壓強(qiáng)（2-10MPa）和催化劑作用下，反應(yīng)器中進(jìn)行下列一些反應(yīng)：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=—90.7kJ·mol—1

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=—23.5kJ·mol—1

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=—41.2kJ·mol—1

反應(yīng)器中總反應(yīng)式可表示為：3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g），則該反應(yīng)的△H = 。

（2）CO2是大氣中含量最高的一種溫室氣體，控制和治理CO2是解決溫室效應(yīng)的有效途徑。目前，由CO2來(lái)合成二甲醚已取得了較大的進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)是：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H＞0。判斷該反應(yīng)在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是 。

A．容器中密度不變 B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3 D．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO2，同時(shí)消耗1mol二甲醚

（3）二甲醚也可以通過(guò)CH3OH分子間脫水制得2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g） △H = —23.5kJ·mol—1 ，在T1℃，恒容密閉容器中建立上述平衡，體系中各組分濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

T1℃時(shí)，若改變起始濃度，某時(shí)刻各組分濃度依次為：C(CH3OH)=0.4mol/L 、C(H2O)=0.6 mol/L、C(CH3OCH3)=

1.2 mol/L，此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：V正_______V逆(填“>”、“<”、或“=”)。

（4）如圖為二甲醚燃料電池的工作原理示意圖。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①A電極是 極。

②B電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是 。

③若燃料電池中通入二甲醚（沸點(diǎn)為-24.9 ℃）的速率為1.12L/min（標(biāo)準(zhǔn)狀況），以該燃料電池作為電源電解2 mol·L—1CuSO4溶液500mL，則通電30秒鐘后理論上在陰極可析出金屬銅 g（假設(shè)整個(gè)過(guò)程中，能量利用率為75%）。

Answer 1

【答案】（1）-246.1kJ/mol；（2）B、D；(3)>；

（4）①正；②CH3OCH3+3H2O-12e—=2CO2+12H+；③7.2

【解析】

試題分析：（1）已知①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=—90.7kJ·mol—1

②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=—23.5kJ·mol—1

③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=—41.2kJ·mol—1

根據(jù)蓋斯定律：①×2+②+③得反應(yīng)：3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H =-246.1 kJ/mol。

（2）A．該反應(yīng)在體積恒定的密閉容器中進(jìn)行，容器內(nèi)氣體的質(zhì)量保持不變，容器中密度不隨反應(yīng)的進(jìn)行而變化，密度不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；B．該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減小，當(dāng)壓強(qiáng)保持不變時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3 ，沒(méi)有明確正、逆反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；D．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO2，同時(shí)消耗1mol二甲醚，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確，選BD。

（3）根據(jù)圖像知在T1℃，恒容密閉容器中反應(yīng)：2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g）達(dá)到平衡時(shí)，c(CH3OH)=0.4mol/L，c(H2O)=0.8mol/L，c(CH3OCH3)=1.0 mol/L，則K= c(H2O) c(CH3OCH3)/ c2(CH3OH)=5，若改變起始濃度，某時(shí)刻各組分濃度依次為：c(CH3OH)=0.4mol/L 、c(H2O)=0.6 mol/L、c(CH3OCH3)=1.2 mol/L，Q= c(H2O) c(CH3OCH3)/ c2(CH3OH)=4.5，Q<K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，v （正）＞v （逆）。

（4）①原電池中，陽(yáng)離子移向電源的正極，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，A為燃料電池正極；②B為燃料電池的負(fù)極，二甲醚在該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OCH3 + 3H2O -12e—= 2CO2 + 12H+；③若燃料電池中通入二甲醚（沸點(diǎn)為-24.9 ℃）的速率為1.12L/min（標(biāo)準(zhǔn)狀況），通電30秒鐘后，發(fā)生反應(yīng)的二甲醚的物質(zhì)的量為0.025mol，結(jié)合B極電極反應(yīng)式知轉(zhuǎn)移的電子為0.025mol×12=0.3mol，整個(gè)過(guò)程中，能量利用率為75%，用于電解硫酸銅溶液轉(zhuǎn)移的電子為0.3mol×75%=0.225mol，根據(jù)電極反應(yīng)式：Cu2＋+2e－=Cu知陰極析出銅的物質(zhì)的量為0.1125mol，質(zhì)量為以該燃料電池作為0.1125mol×64g/mol=7.2g。