Question

【題目】能源是人類生存與發(fā)展比不可缺的，甲醇、甲醚（CH3OCH3）均是“清潔能源”，工業(yè)上可以通過多種方法合成它們。

（1）以CO、H2為原料合成甲醚的過程中，在反應器中發(fā)生了下列反應：

a．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=- 90kJ mol-1

b．2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23 kJ mol-1

c．CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41 kJ mol-1

①選取適當的催化劑，在一定壓強下，向某恒容密閉容器中通入H2和CO制備甲醚，測得的有關數據如圖1所示。則制備甲醚時較適宜的生產溫度范圍是____________，通過理論分析得知反應c的存在能提高甲醚的產率，原因是________________________________________________。

②3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+ CO2(g) △H，則△H=____________。

（2）用下列反應也可得到甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。已知TK時，該反應的化學平衡常數K=1。則在相同溫度下，當一恒容密閉容器中c(CO2)=2.0×10-2mol·L-1、c(H2)=1.0×10-2mol·L-1、c(CH3OCH3)=1.0×10-4mol·L-1、c(H2O)=2.0×10-4mol·L-1時，v正____________ v逆（填“>”、“ <”或“=”）。

（3）控制適當的條件，CO2與H2也可轉化為甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。將CO2、H2按物質的量比為1∶3的比例加入到恒容密閉容器中反應。測得容器中n(CH3OH)在不同溫度下隨著時間的變化情況如圖2所示．

①該反應的△H____________0（填“>”、 “=”、“ <”，下同）

②若溫度T1對應的化學平衡常數K1=10，則溫度T2對應的化學平衡常數K2____________10。

③下列數據能說明該反應一定處于平衡狀態(tài)的是____________（填選項字母）。

A．氣體密度保持不變 B．n(H2)=0.3mol

C．CO2、H2的消耗速率比為1∶3 D．氣體的平均相對分子質量保持不變

（4）圖3為某綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出電池工作時負極上的電極反應式：______________。

Answer 1

【答案】 550 K560 K 反應c消耗了反應b中生成的水，有利于反應b向右進行 -244 kJ mol-1 < < < D CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2 +12H+

【解析】（1）①從圖上數據可知，在550 K560 K之間甲醚的產率是最高的，所以制備甲醚時較適宜的生產溫度范圍是550 K560 K。反應c中CO消耗了反應b中生成的水，有效減小了反應b的混合體系中水的濃度，有利于反應b向右進行。

②a得總反應，3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+ CO2(g) ，所以

△H=2= -244 kJ mol-1。

（2）用下列反應也可得到甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。已知TK時，該反應的化學平衡常數K=1。則在相同溫度下，當一恒容密閉容器中c(CO2)=2.0×10-2mol·L-1、c(H2)=1.0×10-2mol·L-1、c(CH3OCH3)=1.0×10-4mol·L-1、c(H2O)=2.0×10-4mol·L-1時，Qc= =2>1，反應將向逆反應進行，所以 v正< v逆。

（3）控制適當的條件，CO2與H2也可轉化為甲醇：CO2(g)+H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。將CO2、H2按物質的量比為1∶3的比例加入到恒容密閉容器中反應。測得容器中n(CH3OH)在不同溫度下隨著時間的變化情況如圖2所示．

①由圖像可知，T2先達到化學平衡狀態(tài)，但此溫度下甲醇的平衡量較小，因為溫度越高化學反應速率越大，所以T2>T1。因為溫度升高化學平衡向吸熱反應方向移動，所以該反應的△H<0。②對于放熱反應，溫度越高，其化學平衡常數就越小，所以若溫度T1對應的化學平衡常數K1=10，則溫度T2對應的化學平衡常數K2< 10。

③判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態(tài)，可以根據正反應速率等于逆反應速率或體系中某變量不變來作出判斷。由于正反應是氣體分子數減少的反應，所以隨正反應的發(fā)生，混合氣體的平均相對分子質量減小，因此，氣體的平均相對分子質量保持不變能說明該反應一定處于平衡狀態(tài)。如果是恒恒溫恒容，則密度是恒量；氫氣的平衡量不可能是某個不變的數據，所以A和B不是；C中兩個速率都是正反應速率，不能說明正反應速率和逆反應速率相等，所以C不是。

（4）由圖3可知，該燃料電池中甲醚是還原劑，氧氣是氧化劑，電池中使用了質子交換膜，說明電解質是酸性的，所以甲醚被氧化成二氧化碳和水，電池工作時負極上的電極反應式為CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2 +12H+。