Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)是一種清潔能源。工業(yè)上，常利用CO2和H2合成二甲醚。有關(guān)反應(yīng)如下(z、y、z均大于0)：

①2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1= -xkJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2= -ykJ·mol-1

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3= -zkJ·mol-1

(1)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H= ___________kJ·mol-1

(2)下列有關(guān)合成二甲醚的說(shuō)法正確的是 ___(填字母)。

a.增大壓強(qiáng)能提高反應(yīng)速率和CO2的平衡轉(zhuǎn)化率

b.體系中減小，平衡一定向正方向移動(dòng)

c.容器體積一定，混合氣體密度不變時(shí)一定達(dá)到平衡狀態(tài)

d.充入適量CO，可能提高CH3OCH3的產(chǎn)率

(3)在一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，速率表達(dá)式為v=v正-v逆=k正c(CO)·c(H2O)-k逆c(CO2)·c(H2O)(其中，k正、k逆為正、逆速率常數(shù)，與濃度無(wú)關(guān))。達(dá)到平衡時(shí)，升高溫度，將_____選填“增大”“減小”或“不變”)。

(4)在恒容密閉容器中用CO2和H2合成二甲醚時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、投料比的關(guān)系如圖所示。

①500K時(shí)，將9mol H2和3mol CO2充入2L恒容密閉容器中，5min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)=____________ molL-1min-l，該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____(列出計(jì)算式即可，無(wú)需化簡(jiǎn))。

②由圖像可以得出的結(jié)論是_________(答兩條)。

(5)工業(yè)上也可用CO和H2合成二甲醚，而且二者還能作燃料電池的燃料。以CO、H2體積比為1:2的混合氣體與空氣在KOH溶液中構(gòu)成燃料電池(以石墨為電極)，開(kāi)始時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為____。

Answer 1

【答案】-(x+2z) ad 減小 0.72 投料比不變，升高溫度CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，溫度不變，投料比越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大 CO+ 2H2 – 6e- +8OH- = CO32- + 6H2O

【解析】

(1)已知：①2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1= -xkJ·mol-1

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3= -zkJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律可知①+2×③可得反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，所以△H=△H1+2△H3=-(x+2z) kJ·mol-1；

(2)a．合成二甲醚的反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)可以提高反應(yīng)速率同時(shí)使平衡正向移動(dòng)，提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，故a正確；

b．若分離出CO2使體系減小，平衡逆向移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；

c．容器體積不變，且反應(yīng)物和生成物均為氣體，則平衡移動(dòng)過(guò)程中氣體的質(zhì)量不變，所以混合氣體的密度一直不變，不能根據(jù)密度不變判斷是否達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤；

d．充入CO可使反應(yīng)②平衡右移增大CO2的量，促使反應(yīng)③正向移動(dòng)，提高二甲醚的產(chǎn)率，故d正確；

故答案為ad；

(3)平衡狀態(tài)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，即k正c(CO)·c(H2O)=k逆c(CO2)·c(H2O)，可得=K(平衡常數(shù))，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，即減��；

(4)①500K、投料比等于3時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，容器體積為2L，則在該時(shí)間段內(nèi)二氧化碳的平均反應(yīng)速率為=0.24 molL-1min-l，同一反應(yīng)同一時(shí)段內(nèi)不同物質(zhì)反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，所以v(H2)=3v(CO2)=0.72 molL-1min-l；列三段式有

則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==；

②根據(jù)圖像可知投料比不變，升高溫度CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，溫度不變，投料比越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大；

(5)CO和H2在反應(yīng)過(guò)程中被氧化，所以在負(fù)極區(qū)充入，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，所以電極方程式為CO+ 2H2 – 6e- +8OH- =CO32- + 6H2O。