Question

二甲醚是重要的有机中间体，利用二氧化碳加氢合成二甲醚能变废为宝，且可替代汽油作为新型清洁燃料．
（1）常温常压下，二氧化碳加氢可选择性生成二甲醚或一氧化碳：
①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）=CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
③CO₂（g）+3H₂（g）=CO（g）+H₂O （l）△H＞0
则CO₂（g）加氢转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O （l）的热化学方程式是

 

．
（2）合成二甲醚往往选用硅铝混合物作催化剂，硅铝比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同．如图是硅铝比与产物选择性图：

反应③的平衡常数表达式为

 

，图中A点和B点的平衡常数比较：K_A

 

K_B（填“＞、=、＜”）．根据以上两条曲线，写出其中一条变化规律：

 

．
（3）在280°C时，向一个2L的密闭容器中加入等量2mol二氧化碳和氢气，A点二甲醚的浓度为0.15mol?L^-1，计算在A点二氧化碳的转化率，要求写出计算过程．
（4）二甲醚逐渐发展为替代汽油的清洁燃料，在二甲醚燃料电池中，二甲醚通入

 

极，碱性条件下，该电极反应式是

 

．

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,化学平衡常数的含义

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）反应的化学方程式中水时液体，其他为气体，书写平衡常数=

生成物平衡浓度的幂次方乘积

反应物陪你浓度的幂次方乘积

；平衡常数随温度变化，图象曲线的变化和横轴、纵轴表示的物理量分析总结规律；
（3）依据化学三段式列式计算，转化率=

消耗量

起始量

×100%，得到二氧化碳的转化率；
（4）原电池是燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应；电极反应用氢氧根离子配平电荷守恒．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）=CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
③CO₂（g）+3H₂（g）=CO（g）+H₂O （l）△H＞0
则依据盖斯定律①×2+②得到CO₂（g）加氢转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O （l）的热化学方程式是2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol；
故答案为：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol；
（2）反应的化学方程式中水时液体，其他为气体，书写平衡常数K=

生成物平衡浓度的幂次方乘积

反应物陪你浓度的幂次方乘积

=

c(CO)

c(CO2)c3(H2)

；平衡常数随温度变化，图中A点和B点的温度相同，所以平衡常数相同；图象曲线的变化和横轴、纵轴表示的物理量分析总结规律为：a．温度越高，二甲醚的选择性越大；b．低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小；
故答案为：

c(CO)

c(CO2)c3(H2)

；=；a．温度越高，二甲醚的选择性越大；b．低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小；
（3）初始状态c（CO₂）=2mol/2L=1mol/L
            2CO₂+6H₂=CH₃OCH₃+3 H₂O
c（起始）  1.00mol/L
c（转化）  0.30mol/L  0.15mol/L
CO₂的转化率=

0.3mol/L

1.00mol/L

×100%=30%；
答：CO₂的转化率为30%；
（4）原电池是燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应，二甲醚通入负极；电极反应用氢氧根离子配平电荷守恒得到为：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O；
故答案为：负；CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，化学平衡的计算，平衡常数概念和转化率实质理解应用，注意图象变化的规律总结和分析判断，题目难度中等．