题目内容
甲醇（CH3OH）和二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料．以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：
（1）写出催化反应室1中在一定条件下进行的化学反应方程式： ．
（2）在压强为0.1MPa条件下，反应室3（容积为V L）中a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示，则
①p1 （填“＜”“＞”或“=”）p2．
②在其他条件不变的情况下，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率 （填“增大”“减小”或“不变”）．
③在p1压强下，100℃时，反应：CH3OH（g）?CO（g）+2H2（g）的平衡常数为 ．（用含a、V的代数式表示）
（3）图2为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为 ．
（4）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）；△H=-90.8kJ?mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）；△H=-23.5kJ?mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）；△H=-41.3kJ?mol-1
则反应：3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H= ．
（1）写出催化反应室1中在一定条件下进行的化学反应方程式：
（2）在压强为0.1MPa条件下，反应室3（容积为V L）中a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示，则
①p1
②在其他条件不变的情况下，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率
③在p1压强下，100℃时，反应：CH3OH（g）?CO（g）+2H2（g）的平衡常数为
（3）图2为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为
（4）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）；△H=-90.8kJ?mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）；△H=-23.5kJ?mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）；△H=-41.3kJ?mol-1
则反应：3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=
分析：（1）由工艺流程图可知，催化反应室1中发生的反应是甲烷与水在一定条件下生成一氧化碳与氢气；
（2）①由图1可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行；
②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a molCO与2amolH2，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大；
③由图1可知，在P1压强下，100℃时，CO的转化率为0.5，据此计算CO的浓度变化量，根据三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，计算合成甲醇的化学平衡常数，再利用相同温度下，对同一反应的正逆反应平衡常数互为倒数计算甲醇分解的化学平衡常数；
（3）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳，由离子交换膜可知还生成氢离子；
（4）根据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减，来构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的数值进行加减．
（2）①由图1可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行；
②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a molCO与2amolH2，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大；
③由图1可知，在P1压强下，100℃时，CO的转化率为0.5，据此计算CO的浓度变化量，根据三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，计算合成甲醇的化学平衡常数，再利用相同温度下，对同一反应的正逆反应平衡常数互为倒数计算甲醇分解的化学平衡常数；
（3）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳，由离子交换膜可知还生成氢离子；
（4）根据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减，来构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的数值进行加减．
解答：解：（1）由工艺流程图可知，催化反应室1中发生的反应是甲烷与水在一定条件下生成一氧化碳与氢气，反应方程式为：CH4+H2O
CO+3H2，
故答案为：CH4+H2O
CO+3H2；
（2））①由图1可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行，故压强P1＜P2，
故答案为：＜；
②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a molCO与2amolH2，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大，故答案为：增大；
③CO的起始浓度为
mol/L，H2的起始浓度为
mol/L，由图1可知，在P1压强下，100℃时，CO的转化率为0.5，CO的浓度变化量为
mol/L×0.5=
mol/L，则：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
开始（mol/L）：
0
变化（mol/L）：
平衡（mol/L）：
所以平衡常数k=
=
故相同温度下，CH3OH（g）?CO（g）+2H2（g）的平衡常数为
=
，
故答案为：
；
（3）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳，由离子交换膜可知还生成氢离子，a电极的电极反应式为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+；
（4）已知：①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ/mol，
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.3kJ/mol，
由盖斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.4kJ/mol，
故答案为：-246.4kJ/mol．
| ||
故答案为：CH4+H2O
| ||
（2））①由图1可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行，故压强P1＜P2，
故答案为：＜；
②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a molCO与2amolH2，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大，故答案为：增大；
③CO的起始浓度为
| a |
| V |
| 2a |
| V |
| a |
| V |
| a |
| 2V |
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
开始（mol/L）：
| a |
| V |
| 2a |
| V |
变化（mol/L）：
| a |
| 2V |
| a |
| V |
| a |
| 2V |
平衡（mol/L）：
| a |
| 2V |
| a |
| V |
| a |
| 2V |
所以平衡常数k=
| ||||
|
| V2 |
| a2 |
故相同温度下，CH3OH（g）?CO（g）+2H2（g）的平衡常数为
| 1 | ||
|
| a2 |
| V2 |
故答案为：
| a2 |
| V2 |
（3）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳，由离子交换膜可知还生成氢离子，a电极的电极反应式为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+；
（4）已知：①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ/mol，
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.3kJ/mol，
由盖斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.4kJ/mol，
故答案为：-246.4kJ/mol．
点评：本题考查影响平衡的因素、化学平衡常数、化学平衡图象、反应热的计算等，难度中等，（3）中注意根据离子交换膜判断有氢离子生成是关键，可以利用总反应式减去正极反应式进行书写．
练习册系列答案
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杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。若选用下列物质及操作方法精制食盐水，其操作的先后顺序是_______（填序号）。
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| A．通入氧气的一极是负极 |
| B．放电时，溶液中的OH－向正极移动 |
| C．反应中若有6mol电子发生转移，则有32g CH3 OH被还原 |
| D．该电池工作时甲醇一极附近溶液的pH降低 |