Question

I．二甲醚是一種重要的新型清潔燃料j可替代氟利昂作制冷劑，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上可利用煤的氣化產物（水煤氣）合成二甲醚．請回答下列問題：
（1）利用水煤氣合成二甲醚的總反應為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ?mol^-1
它可以分為兩步，反應分別如下：
①4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H2O(g)，△H1=-205.1kJ?mol-1
②CO（g）+H₂O=CO₂（g）+H₂（g）；△H₂=

 

．
（2）在一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，只改變一個條件能同時提高反應速率和CO轉化率的是

 

（填字母代號）．
a．降低溫度    b．加入催化劑
c．縮小容器體積    d．增加H₂的濃度
e．增加CO的濃度
（3）在一體積可變的密閉容器中充人3mol H₂、3mol CO、1mol CH₃OCH₃、1mol CO₂，在一定溫度和壓強下發(fā)生反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），經一定時間達到平衡，并測得平衡時容器的體積與同溫同壓下起始時的體積比為5：8．
問：①反應開始時正、逆反應速率的大�。簐（正）

 

（填“＞”、“＜”或“=”）v（逆）．
②平衡時n（CH₃OCH₃）=

 

，平衡時CO的轉化率=

 

．
Ⅱ．新型燃料二甲醚還可以用做燃料電池，其反應原理如圖所示，電池工作時電子移動方向是（用M、N_及“→”表示）

 

，正極電極反應式為

 

．若以該燃料電池作為電源，用石墨作電極電解500mL飽和食鹽水，當兩極共收集到1.12L氣體（標準狀況下、不考慮氣體的溶解及反應）時，常溫下所得溶液的pH=

 

（假設反應前后溶液體積不變）．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：Ⅰ（1）利用蓋斯定律的規(guī)律解決，題給的是總反應和其中一個反應；
（2）利用勒夏特列原理分析、解決，影響平衡移動的因素只有溫度、濃度、壓強三個；
（3）①若反應從正向開始，到達平衡前v（正）都是大于v（逆）的；
②利用三段式法求算；
Ⅱ電池中，電子從負極移向正極．燃料電池電極反應式書寫時，正極有兩種寫法：
酸性：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O
堿性：O₂+4e^-+2H₂O=4OH
據電解反應方程式及其電子轉移數目，可以求算．

解答： 解：Ⅰ（1）
總反應：③3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ?mol^-1
       ①4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H₁=-205.1kJ?mol^-1
據蓋斯定律
③-④得：②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）；△H₂=-41.3kJ?mol^-1
故答案為：-41.3kJ?mol^-1；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ?mol^-1
a中，△H＜0，反應放熱，降溫時平衡向正向移動，但速率減慢，a不對；
b中，催化劑不影響化學平衡的移動，b不對；
c中，反應物有6mol氣體生成物有2mol，加壓平衡正向移動，且速率加快，c對；
d中，增加氫氣的濃度，既能加快反應速率又能增大CO的轉化率，d對；
e中，增加CO濃度，反應速率加快，但CO的轉化率會降低，e不對；
故答案為：cd；
（3）①若反應從正向開始，到達平衡前v（正）都是大于v（逆）的，故答案為：＞；
②平衡時容器的體積與同溫同壓下起始時的體積比為5：8，說明開始反應是向體積減小的正向進行的．
設生成的甲醚物質的量為nmol
              3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
開始時（mol）  3        3          1          1
反應了（mol）  3n      3n          n          n
平衡后（mol）  3-3n    3-3n        1+n        1+n
在一定溫度和壓強下，氣體的體積之比等于其物質的量之比，則有
（3-3n+3-3n+1+n+1+n）：（3+3+1+1）=5：8 n=0.75
平衡時甲醚有：1.75mol
α（CO）=

3×0.75

3

×100%=75%
故答案為：1.75mol； 75%，
Ⅱ電池中，電子從負極移向正極．氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，電子移動方向為N→M
燃料電池電極反應式書寫時，正極有兩種寫法：
酸性：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O
堿性：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
該電池中電解質溶液是KOH，所以正極電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
兩極共收集到1.12L氣體，即0.05mol，則正負極分別收集到0.025mol氣體，設生成NaOH的物質的量為nmol，有
       2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑
                                       2          1                                        
                                       n      0.025
n=2×0.025=0.05mol
c（NaOH）=

0.05

0.5

=0.1/L c（OH^-）=0.1mol/L
所以c（H⁺）=

1.0×10-14

0.1

=1.0×10^-13mol/L
PH=13
故答案為：N→M；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；13．

點評：這是一道綜合性很強的題目，適合高三復習，包容了蓋斯定律的應用、化學平衡的移動、平衡的三段式計算、電子移動方向、電極反應式書寫等等，是一道很好的綜合題．