Question

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：

①CH₃OCH₃（g) + H₂O（l) 2 CH₃OH（l)  △H＝＋24.52kJ/mol

②CH₃OH（l) + H₂O（l) CO₂（g) + 3H₂（g)  △H＝＋49.01kJ/mol

③CO（g) + H₂O（l) CO₂（g) + H₂（g)  △H＝－41.17kJ/mol

④CH₃OH（l) CO （g) + 2H₂（g)  △H＝＋90. 1kJ/mol

请回答下列问题：

（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式                        。

（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=            。

（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为_______。

A．容器内气体密度保持不变        B．气体的平均相对分子质量保持不变

C．CO的体积分数保持不变          D．CO与H₂的物质的量之比保持1:2不变

（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，

 

①你认为反应控制的最佳温度应为___________。

A．300～350℃      B．350～400℃

C．400～450℃      D．450～500℃

②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是__________（用相应的化学方程式表示）。

（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂，CO₂的百分含量随时间变化图像。

（6）一定条件下，如图示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为                   。

Answer

（1）CH3OCH3（g) + 3H2O（l) 2CO2（g) + 6H2（g) △H = ＋122.52kJ/mol ；（2）；（3）A；（4）①C ；②可能发生另一种重整制氢反应：CH3OCH3 +CO2 3H2+3CO ；（5)；（6) 。

【解析】

试题分析：（1）①＋②×2得出：CH3OCH3（g) + 3H2O（l) 2CO2（g) + 6H2（g) △H = ＋24.52＋49×2=＋122.52kJ/mol，整理得：CH3OCH3（g) + 3H2O（l) 2CO2（g) + 6H2（g) △H = ＋122.52kJ/mol ；（2）平衡常数表达式等于达到平衡时，生成物浓度幂之积和反应物浓度幂之积的比值，固体和纯液体浓度是常数，不写出平衡常数，故；（3）A、ρ=m/v，因为甲醇是液体，气体质量是增加的，是恒容容器，当密度不在改变，说明反应达到平衡，；B、甲醇是液体，生成气体组成不变，其物质的量之比都是1：2，质量增加和物质的量增加相同，反应始终平均摩尔质量不变，摩尔质量不变不能说明反应达到平衡；C、分析同B的分析，CO的体积分数始终保持不变，故不能作为达到化学平衡的标志；D、由于甲醇是液体，气体组成不变，反应始终气体物质的量之比都是1：2，不能作为达到平衡的标志；（4）①根据图数据，发现400～450℃二甲醚的体积分数最小，转化率最大，450～500℃与400～450℃相比变化不大，故最佳温度是400～450℃；②二甲醚与CO2以几乎相同的变化趋势明显降低，说明这两种物质是反应物，且化学计量数相同，CO、H2体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，说明这两种物质是生成物，且化学计量数相等，根据原子个数守恒，其化学反应方程式：CH3OCH3 +CO2 3H2+3CO，答案是：可能发生另一种重整制氢反应：CH3OCH3 +CO2 3H2+3CO ；（5）根据勒夏特列原理，升高温度平衡向正反应方向移动，CO2的百分含量增加，图象是：；（6）根据装置图，左图是苯环转变成环己烷，碳的化合价降低，得电子，被还原，故左端电极为阴极，，根据反应前后所带电荷数相等，有6molH＋参加反应，即： 。

考点：考查热化学反应方程式的书写、平衡常数表达式、达到平衡的判断、勒夏特列原理、电极反应式的书写等知识。