Question

【題目】二甲醚作為燃料電池的原料，可通過以下途徑制取：

I．2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH

II．2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH

（1）已知：①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=－41.0kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=－49.0kJ·mol－1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol－1

則反應I的ΔH=_______kJ·mol－1

（2）在恒容密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣發(fā)生反應2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是________。

A．新平衡后c(CH3OCH3)增大

B．正反應速率先增大后減小

C．反應物的體積百分含量減小

D．化學平衡常數(shù)K值增大

（3）在10L恒容密閉容器中，均充入4molCO2和7molH2，分別以銥(Ir)和鈰(Ce)作催化劑，通過反應II：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)制二甲醚，反應進行相同的時間后測得的CO2的轉(zhuǎn)化率α(CO2)隨反應溫度的變化情況如圖所示。

①根據(jù)圖1，下列說法不正確的是________。

A．反應II的ΔH＜0，ΔS＞0

B．600K時，H2的速率：v(b)正＞v(a)逆

C．分別用Ir、Ce作催化劑時，Ce使反應II的活化能降低更多

D．從狀態(tài)d到e，α(CO2)減小的原因可能是溫度升高平衡逆向移動

②狀態(tài)e(900K)時，α(CO2)=50%，則此時的平衡常數(shù)K=______（保留3位有效數(shù)字）。

（4）寫出二甲醚堿性（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）燃料電池的負極電極反應式__________。該電池工作時，溶液中的OH-向______極移動，該電池工作一段時間后，測得溶液的pH減小。

（5）己知參與電極反應的電極材料單位質(zhì)量放出電能的大小稱為該電池的比能量．關(guān)于二甲醚堿性燃料電池與乙醇堿性燃料電池，下列說法正確的是________。

A．兩種燃料互為同分異構(gòu)體，分子式和摩爾質(zhì)量相同，比能量相同

B．兩種燃料所含共價鍵數(shù)目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同

C．兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，比能量不同

Answer 1

【答案】-203.5 BD A、C 6.75×104 CH3OCH3＋16OH--12e-=2CO32-＋11H2O 負極 C

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，①×2+②×2-③可得反應I，所以△H=(-41.0 kJmol-1)×2+(-49.0kJmol-1)×2-(+23.5kJmol-1)=-203.5kJmol-1；

(2)A．向平衡體系中再充入一定量的CH3OCH3氣體，平衡逆向移動，但新平衡c(CH3OCH3)增大，故A不選；

B．正反應速率先增大后減小說明正反應速率大于逆反應速率，平衡正向移動，故B選；

C．移走反應物可以使反應物的體積百分含量減小，但平衡會逆向移動，故C不選；

D．該反應焓變小于零，正反應為放熱反應，K值增大說明溫度降低，降低溫度會使平衡正向移動，故D選；

綜上所述選BD；

(3)據(jù)圖可知隨溫度上升二氧化碳的轉(zhuǎn)化率先上升后下降，說明在溫度較低時相同時間內(nèi)反應還未達到平衡，平衡后隨溫度上升二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度上升而下降；

①A．由圖中信息可知，當溫度高于800K時，CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)隨反應溫度升高而減小，說明該反應為放熱反應，△H＞0，同時該反應氣體體積減小，△S＜0，故A錯誤；

B．由圖可知，b點CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)大于a點，所以生成物濃度b點大于a點，故v(b)逆＞v(a)逆，由于b點未平衡且正向進行，v(b)正＞v(b)逆，所以v(b)正＞v(a)逆，故B正確；

C．由圖中信息可知，當溫度為400K~800K時，反應進行相同時間后測得Ir作催化劑的CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)較高，說明Ir的催化效率更高，所以用Ir、Ce作催化劑時，反應的活化能降低更多的是Ir，故C錯誤；

D．狀態(tài)d、e都是平衡狀態(tài)，從d到e，該反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，α(CO2)減小，故D正確。

故答案為：AC；

②初始投料為4molCO2和7molH2，狀態(tài)e(900K)時，α(CO2)=50%，則轉(zhuǎn)化的CO2為2mol，列三段式有：

容器的體積為10L，則平衡常數(shù)K==6.75×104；

(4)二甲醚燃料電池中二甲醚被氧化生成二氧化碳，所以通入二甲醚的電極為負極，得電子發(fā)生還原反應，由于電解質(zhì)為KOH溶液，所以最終產(chǎn)物為碳酸根，電極方程式為：CH3OCH3＋16OH--12e-=2CO32-＋11H2O；該電池工作時為原電池，原電池中陰離子流向負極；

(5)不同的化學鍵斷裂或形成時的能量變化不同，二甲醚和乙醇雖然為同分異構(gòu)體且摩爾質(zhì)量相同，但分子中化學鍵類型不同，所以單位質(zhì)量的二甲醚和乙醇反應過程中放出的能量不同，所以C正確。