Question

【题目】二甲醚作为燃料电池的原料，可通过以下途径制取：

I．2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH

II．2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH

（1）已知：①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=－41.0kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=－49.0kJ·mol－1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol－1

则反应I的ΔH=_______kJ·mol－1

（2）在10L恒容密闭容器中，均充入4molCO2和7molH2，分别以铱(Ir)和铈(Ce)作催化剂，通过反应II制二甲醚，反应进行相同的时间后测得的CO2的转化率α(CO2)随反应温度的变化情况如图1所示。

①根据图1，下列说法不正确的是________。

A．反应II的ΔH＜0，ΔS＞0

B．600K时，H2的速率：v(b)正＞v(a)逆

C．分别用Ir、Ce作催化剂时，Ce使反应II的活化能降低更多

D．从状态d到e，α(CO2)减小的原因可能是温度升高平衡逆向移动

②状态e(900K)时，α(CO2)=50%，则此时的平衡常数K=______（保留3位有效数字）。

（3）写出二甲醚碱性（电解质溶液为KOH溶液）燃料电池的负极电极反应式____________________________。

Answer 1

【答案】—203.5 A、C 6.75×104 CH3OCH3 ＋16OH——12e—=2CO32-＋11H2O

【解析】

（1）根据已知反应的反应热和盖斯定律，①×2+②×2— ③ 计算可得ΔH；

（2）①A．由图中信息可知，当温度高于800K时，CO2转化率α(CO2)随反应温度升高而减小，说明该反应为放热反应，ΔH>0，同时该反应气体体积减小，ΔS<0；

B．由图可知，b点CO2转化率α(CO2)大于a点，生成物浓度b点大于a点，故v(b)逆＞v(a)逆，由于b点平衡正向进行，v(b)正＞v(b)逆，所以v(b)正＞v(a)逆；

C．由图中信息可知，当温度为400K800K时，反应进行相同时间后测得Ir作催化剂的CO2转化率α(CO2)较高，说明Ir的催化效率更高，所以，用Ir、Ce作催化剂时，反应的活化能降低更多的是Ir；

D．状态d、e都是平衡状态，从d到e，该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，α(CO2)减小。

②列出三行式，根据二氧化碳平衡转化率，求出平衡时各组份的浓度，再根据平衡常数计算式计算；

（3）根据电池反应式可知，CH3OCH3在反应中被氧化，O2被还原，CH3OCH3在负极上反应。又因为是碱性溶液不可能有H+参加或生成，根据电子守恒、电荷守恒和原子守恒书写负极反应式。

（1）已知：①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=－41.0kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=－49.0kJ·mol－1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol－1

根据盖斯定律，①×2+②×2— ③ 得ΔH=（-41.0 kJ·mol－1）×2+（－49.0kJ·mol－1）×2-（+23.5kJ·mol－1）= -203.5kJ·mol－1

故答案为：—203.5；

（2）①A．由图中信息可知，当温度高于800K时，CO2转化率α(CO2)随反应温度升高而减小，说明该反应为放热反应，ΔH>0，同时该反应气体体积减小，ΔS<0，故A错误；

B．由图可知，b点CO2转化率α(CO2)大于a点，生成物浓度b点大于a点，故v(b)逆＞v(a)逆，由于b点平衡正向进行，v(b)正＞v(b)逆，所以v(b)正＞v(a)逆，故B正确；

C．由图中信息可知，当温度为400K800K时，反应进行相同时间后测得Ir作催化剂的CO2转化率α(CO2)较高，说明Ir的催化效率更高，所以，用Ir、Ce作催化剂时，反应的活化能降低更多的是Ir，故C错误；

D．状态d、e都是平衡状态，从d到e，该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，α(CO2)减小，故D正确。

故答案选AC；

②列出三行式，

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始（mol） 4 7 0 0

转化（mol）4×50%=2 6 1 3

平衡（mol） 2 1 1 3

容器容积为10L，则CO2、H2、CH3OCH3、H2O的平衡浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L，

此时的平衡常数K==6.75×104。

故答案为：6.75×104；

（3）根据电池反应式可知，CH3OCH3在反应中被氧化，O2被还原，CH3OCH3在负极上反应，O2在正极上反应。又因为是碱性溶液不可能有H+参加或生成，故负极反应式为CH3OCH3 ＋16OH——12e—=2CO32-＋11H2O，

故答案为：CH3OCH3 ＋16OH——12e—=2CO32-＋11H2O；