Question

二甲醚（CH₃OCH₃）被称为21世纪的新型燃料，它清洁、高效，具有优良的环保性能．也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用．请填写下列空白：
（1）二甲醚、空气、氢氧化钾溶液多孔石墨电极可构成燃料电池．该电池中负极的电极反应式是：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，则正极的电极反应式是：

 

．
（2）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂（g）+CO（g）═CH₃OH（g）△H=a kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=b kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=ckJ?mol^-1
总反应：3H₂（g）+3CO（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（3）已知反应②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）某温度下的平衡常数为400．此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol?L-1）	0.64	0.50	0.50

①比较此时正、逆反应速率的大小：v（正）

 

 v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），简述原因

 

．
②若开始只加入CH₃OH，经10min后反应达到平衡，平衡时CH₃OH转化率α（CH₃OH）=

 

（计算结果保留小数后一位）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，碱性环境中生成碳酸钾与氢水，正极反应还原反应，氧气在正极放电生成氢氧根离子；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到化学反应的焓变；
（3）①计算浓度商和平衡常数比较判断；
②根据2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）以及表格中的数据求解10min后反应达到平衡时CH₃OH的浓度，然后求解转化率．

解答： 解：（1）该燃料电池的正极发生还原反应，氧气在正极放电生成氢氧根离子，即6H₂O+3O₂+12e^-=12OH^-或2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，
故答案为：6H₂O+3O₂+12e^-=12OH^-或2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（2）已知：①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=a kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=b kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=ckJ?mol^-1
由盖斯定律②+③+①×2得到3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=（2a+b+c）kJ?mol^-1，
故答案为：（2a+b+c）；
（3）①Q_C=

C(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

0.6×0.6

0．42

=2.25＜400，Q_C小于平衡常数，反应正向进行尚未达到平衡，所以v（正）＞v（逆），
故答案为：＞；该时刻的浓度商Q_C=2.25＜400，Q_C小于平衡常数，反应正向进行尚未达到平衡，所以v（正）＞v（逆）；
②由2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）和表格中的数据可知，开始c（CH₃OH）=（0.64+0.5×2）mol/L=1.64mol/L，设达平衡时CH₃OCH₃的物质的量为x，则
               2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.6             0        0
变化量（mol/L）  2x             x       x
平衡量（mol/L）1.64-2x          x        x
K=

C(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

x×x

(1.64-2x)2

=400，解得X=0.8，
α（CH₃OH）=

1.60

1.64

×100%≈97.6%，
故答案为：97.6%．

点评：本题考查了电化学方程式的书写方法和盖斯定律的计算应用、化学平衡的影响因素分析判断、平衡常数的计算应用，注意平衡常数随温度变化，题目难度中等．