Question

二甲醚（CH₃OCH₃）被称为21世界的新型燃料，在未来可能替代汽油、液化气、煤气等并具有优良的环保性能．工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1
（1）若要增大反应①中H₂的转化率，在其它条件不变的情况下可以采取的措施为

 

．
A．加入某物质作催化剂   B．加入一定量CO   C．反应温度降低  D．增大容器体积
（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则5min内CO的平均反应速率为

 

；若反应物的起始浓度分别为：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=a mol/L；达到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，a=

 

mol/L．
（3）催化反应室中总反应3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

．
（4）“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源，其工作原理如上图所示．b电极是

 

极，写出a电极上发生的电极反应式

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）已知反应①是体积减小的放热反应，根据外界条件对平衡的影响分析；
（2）5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，根据v（CO）=

△c

△t

计算v（CO）；
计算该温度下的平衡常数，根据平衡常数计算平衡时氢气的浓度，根据甲醇的平衡浓度计算氢气浓度的变化量，进而计算a的值；
（3）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；
（4）依据图示分析通入氧气的一端为正极，通入二甲醚的一端为负极，电解质溶液为酸性环境，二甲醚失电子生成二氧化碳，根据电子守恒写出电极反应．

解答： 解：（1）已知反应①是体积减小的放热反应，若要增大反应①中H₂的转化率，则需要使平衡正移，所以改变的条件为加入一定量CO或反应温度降低；
故答案为：BC；
（2）5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，所以v（CO）=

0.5mol/L

5min

=0.1mol/（L?min）；
该温度到达平衡时，c（CO）=0.5mol/L，c（H₂）=2.4mol/L-2×0.5mol/L=1.4mol/L，c（CH₃OH）=0.5mol/L，所以该温度下，平衡常数k=

0.5

0.5×1．42

=

25

49

，若反应物的起始浓度分别为：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=a mol/L，达到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，则平衡时c′（CO）=4mol/L-2mol/L=2mol/L，令平衡时氢气的浓度为ymol/L，所以

2

2×y2

=

25

49

；
解得y=1.4，故a=2mol/L×2+1.4mol/L=5.4mol/L．
故答案为：0.1mol/（L?min）；5.4．
（3）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，
由盖斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol，
反应放热，高温不利用原料的利用，温度低原料利用率高，但反应较慢，不利于实际生产，采用300℃的反应温度，目的提高化学反应速率．
故答案为：-246.1kJ/mol；
（4）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，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，b为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；
故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺．

点评：本题考查热化学方程式书写，燃烧热概念，平衡移动，图象分析应用，原电池电极反应的书写方法，题目难度中等．