Question

（15分）二甲醚具有优良的燃烧性能，被称为21世纪的“清洁能源”，以下为其中一种合成二甲醚的方法：在一定温度、压强和催化剂作用下，在同一反应器中进行如下反应：

①CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g） ＋H₂O（g）   △H₁＝－49.1 kJ·mol^－1

②2CH₃OH（g）CH₃OCH₃（g）＋H₂O（g）         △H₂＝－24.5 kJ·mol^－1

③CO₂（g）＋H₂（g） CO(g)＋H₂O（g）           △H₃＝+ 41.2 kJ·mol^－1

（1）写出CO₂（g）加H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式是        。

（2）一定条件下，原料气中n（H₂）/n（CO₂）比值和温度对CO₂转化率影响的实验数据如下图。

①温度为T₁ K时，在1 L反应容器中投入2mol CO₂ 和8mol H₂进行反应，试计算达到平衡时CO₂的浓度为                        。

②结合数据图，归纳CO₂平衡转化率受外界条件影响的变化规律：

a                                                                         。

b                                                                         。

（3）为研究初始投料比与二甲醚产率关系，在一定温度和压强下，投入一定物质的量的H₂、CO、CO₂进行试验，实验发现二甲醚的平衡产率随原料气中n（CO）/〔n（CO）+n（CO₂）〕比值增大而增大，试分析其原因                 。

（4）下图是科学家现正研发的，以实现反应①在常温常压下进行的装置。

写出甲槽的电极反应                                      。

Answer

（1）2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g) ＋3H2O(g) △H＝－122.7 kJ·mol－1（3分）

（2）①1mol/L （3分）②a：其他条件不变，CO2平衡转化率随原料气中n(H2)/n(CO2)比值增大而增大 ( 2分）b: 其他条件不变，CO2平衡转化率随反应温度升高而降低（2分）

（3）CO的含量增大，反应③平衡将向逆方向移动，既消耗更多的水，又增大了CO2和H2含量，从而促使反应①和②的平衡朝正向移动，二甲醚产率增大 （合理即可）（3分）

（4）CO2+6e-+6H+＝CH3OH+H2O （2分）

【解析】

试题分析：（1）利用盖斯定律，将①×2+②可得CO2（g）加H2（g）转化为CH3OCH3（g）和H2O（g）的热化学方程式2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g) ＋3H2O(g)，△H＝△H1×2+△H2＝（－49.1）×2－24.5＝－122.7 kJ·mol－1。

（2）CO2的起始浓度为2mol/L,从图可以看出温度为T1 K时CO2转化率为50﹪，则平衡时CO2的浓度1mol/L。②从图可以得出规律：a：其他条件不变，CO2平衡转化率随原料气中n(H2)/n(CO2)比值增大而增大b: 其他条件不变，CO2平衡转化率随反应温度升高而降低。

（3）二甲醚的平衡产率随原料气中n（CO）/〔n（CO）+n（CO2）〕比值增大而增大，根据给出的反应③可知原因是：CO的含量增大，反应③平衡将向逆方向移动，既消耗更多的水，又增大了CO2和H2含量，从而促使反应①和②的平衡朝正向移动，二甲醚产率增大。

（4）从图可以看出甲槽是CO2发生反应，根据①生成的应该是CH3OH，电极反应为：CO2+6e-+6H+＝CH3OH+H2O。

考点：盖斯定律的运用、化学图像的分析、化学平衡的移动、电极反应的书写。