Question

（除零班外其它班做） 一碳化學(xué)是國(guó)際研究的熱點(diǎn)，有研究者在催化劑和壓強(qiáng)為5.0MPa的條件下由H₂和CO直接制備二甲醚，其反應(yīng)為：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃-O-CH₃（g）+H₂O（g），有關(guān)圖象如圖：
（1）CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是

 

．
（2）在一定溫度，容積不變的容器中進(jìn)行該反應(yīng)，則以下為達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是

 

（填編號(hào)）
a．V（CO）_正：V（H₂）_逆=2：1                      
b．CO的轉(zhuǎn)化率不再增大
c．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變　      
d．混合氣體的密度
e．每斷裂4molH-H鍵的同時(shí)形成2molH-O鍵
（3）二甲醚燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃燒利用的能量密度（5.93kW?h?kg^-1），若燃料電池電解質(zhì)為酸性，二甲醚燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為

 

． 一個(gè)二甲醚分子經(jīng)過(guò)電化學(xué)氧化，可以轉(zhuǎn)移

 

個(gè)電子；該電池理論輸出電壓1.20V，能量密度E=

 

（要列式計(jì)算，能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，已知：1kW?h=3.6×10⁵J；每mol電子所帶的電量為96500C）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析；
（2）反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度保持不變，以及由此衍生的一些量保持不變，據(jù)此分析；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)，計(jì)算電子轉(zhuǎn)移；依據(jù)能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量列式計(jì)算．

解答： 解：（1）CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，是因?yàn)榉磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，故答案為：反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；
（2）a．V（CO）_正：V（H₂）_逆=2：1，之比不等于計(jì)量數(shù)之比，故不選；
b．CO的轉(zhuǎn)化率不再增大，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，故選；
c．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，故選；
d．混合氣體的密度，從反應(yīng)開(kāi)始一直不變，故不選；
e．每斷裂4molH-H鍵的同時(shí)形成2molH-O鍵，從反應(yīng)開(kāi)始一直不變，故不選；
故選bc；
（3）若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為二甲醚失電子生成二氧化碳，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫(xiě)出電極反應(yīng)為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；
一個(gè)二甲醚分子經(jīng)過(guò)電化學(xué)氧化失去12個(gè)電子，能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，該電池的理論輸出電壓為1.20V，能量密度E=

1.2V× 1000g 46g/mol ×12×96500C/mol

1Kg 3.6×106J?kw-1?h-1

=8.39KW?h?kg^-1，
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；12；

1.2V× 1000g 46g/mol ×12×96500C/mol

1Kg 3.6×106J?kw-1?h-1

=8.39KW?h?kg^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，化學(xué)平衡移動(dòng)原理的分析判斷，原電池原理分析和電極書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．