Question

10．二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO₂更少，因此是优良的柴油机替代燃料．工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为CuO/ZnO/Al₂O₃）：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7KJ/mol
（1）若反应在恒温、恒压下进行，以下叙述能说明该反应达到平衡状态的是CDE（填序号）
A．CO和H₂的物质的量浓度比是1：2
B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率的2倍
C．容器中混合气体的体积保持不变
D．容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变
E．容器中混合气体的密度保持不变
（2）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46KJ/mol
2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-38.7KJ/mol
则△H₂=-3.78kJ/mol
（3）复合催化剂的制备方法之一是Na₂CO₃共沉淀法：制备1mol/L的硝酸铜，硝酸锌和硝酸铝的水溶液．然后向盛有去离子水的烧杯中同时滴加混合硝酸盐溶液和1mol/L的Na₂CO₃水溶液，70℃下搅拌混合．沉淀后过滤，洗涤沉淀物，80℃下干燥12小时，然后500℃下焙烧16小时．
请写出上述过程中硝酸铝与Na₂CO₃水溶液反应的离子方程式：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池，则通入氧气的电极是电源的正极（填正、负）极，通DME的电极反应为CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（2）已知：①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
②2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
根据盖斯定律：②-①×2得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；
（3）硝酸铝与Na₂CO₃水溶液发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体；
（4）该燃料电池中，氧气在正极得电子，负极上二甲醚失电子发生氧化反应生成二氧化碳

解答 解：（1）A．CO和H₂的物质的量浓度比与反应物的初始量及转化率有关，所以不能说明到达平衡状态，故A错误；
B．CO的消耗速率与CH₃OCH₃的生成速率都属于正速率，速率之比等于计量数之比，始终为高比例关系，不能说明到达平衡状态，故B错误；
C．随反应进行混合气体总物质的量减少，由于压强不变，则气体的体积会减小，容器中混合气体的体积保持不变，说明到达平衡状态，故C正确；
D．气体的总质量保持不变，气体总物质的量减少，则气体的平均摩尔质量逐渐增大，当容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变，说明到达平衡状态，故D正确；
E．气体的总质量保持不变，气体的体积减小，则密度增大，当容器中混合气体的密度保持不变，说明反应到达平衡状态，故E正确；
故答案为：CDE；
（2）已知：①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
②2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
根据盖斯定律：②-①×2得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-204.7kJ/mol-（-100.46kJ/mol）×2=-3.78kJ/mol；
故答案为：-3.78kJ/mol；
（3）硝酸铝与Na₂CO₃水溶液发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体，其水解的离子方程式为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）该燃料电池中，氧气在正极得电子，则通入氧气的电极是电源的正极，负极上二甲醚失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则负极反应式为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，
故答案为：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断、盖斯定律的应用、水解反应、电化学原理等，属于拼合型题目，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．