Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的精细化工产品，被认为是二十一世纪最有潜力的燃料（已知：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455KJ/mol）．同时它也可以作为制冷剂而替代氟氯代烃．工业上制备二甲醚的主要方法经历了三个阶段：
①甲醇液体在浓硫酸作用下或甲醇气体在催化作用下直接脱水制二甲醚；
2CH₃OH

催化剂

CH₃OCH₃+H₂O
②合成气CO与H₂直合成二甲醚：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
③天然气与水蒸气反应制备二甲醚．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇工业流程如下：

（1）写出CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反应生成CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式

 

．
（2）①方法中用甲醇液体与浓硫酸作用直接脱水制二甲醚，尽管产率高，但是逐步被淘汰的主要原因是

 

．
（3）在反应室2中，一定条件下发生反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）在密闭容器中达到平衡后，要提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

．
A．低温高压    B．加催化剂      C．增加CO浓度      D．分离出二甲醚
（4）在反应室3中，在一定温度和压强条件下发生了反应：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0反应达到平衡时，改变温度（T）和压强（P），反应混合物CH₃OH“物质的量分数”变化情况如图甲，关于温度（T）和压强（P）的关系判断正确的是

 

．（填序号）
A．P₃＞P₂  T₃＞T₂     B．P₂＞P₄  T₄＞T₂ C．P₁＞P₃  T₁＞T₃ D．P₁＞P₄  T₂＞T₃
（5）反应室1中发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0；写出平衡常数的表达式：

 

．如果温度降低，该反应的平衡常数

 

．（填“不变”、“变大”、“变小”）
（6）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如图乙（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积V L．
①0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为

 

；
②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据热化学方程式的书写方法结合盖斯定律来计算并书写即可；
（2）根据浓硫酸的腐蚀性结合化工生产实际来回答判断；
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施即使得化学平衡正向移动即可；
（4）根据温度和压强对化学平衡的影响来回答判断即可；
（5）根据化学平衡常数K=

各生成物平衡浓度系数次幂之积

各反应物平衡浓度 系数次幂之积

来书写，并根据温度对化学平衡常数的影响来回答；
（6）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应．

解答： 解：（1）已知
①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455KJ/mol
②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，
据盖斯定律，（①+②）÷3得到，CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（1）△H=-567.3kJ/mol．
故答案为：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（1）△H=-567.3kJ/mol；
（2）浓硫酸具有强的腐蚀性，对设备腐蚀严重，且会伴随反应产物二氧化硫的产生，环境污染严重，并且操作条件恶劣．
故答案为：浓硫酸对设备腐蚀严重，环境污染严重，操作条件恶劣；
（3）A．低温高压均能使得化学平衡正向移动，可以提高CO的转化率，故A正确；
B．加催化剂，不会改变转化率，故B错误；
C．增加CO浓度，会使其转化率减小，故C错误；
D．分离出二甲醚，能使得化学平衡正向移动，可以提高CO的转化率，故D正确．
故选AD；
（4）对于反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，压强越大，甲醇的物质的量分数则越大，温度越高，甲醇的物质的量分数越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃．
故答案为：CD；
（5）反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0的平衡常数的表达式K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

，该反应是吸热的，所以如果温度降低，化学平衡常数减小．
故答案为：变小；
（6）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH₄）≤2mol，则0＜n（CO₂）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O．
故答案为：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，则2mol＜n（CO₂）≤4mol，发生反应①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，则负极反应式为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．
故答案为：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

点评：本题考查了运用盖斯定律计算焓变、热化学方程式的书写、影响化学平衡的因素、燃料电池等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．