Question

下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I．已知该产业链中某反应的平衡表常数达式为：K＝，它所对应反应的化学方程式为                     。

II．二甲醚(CH₃OCH₃)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H₂为原料生产CH₃OCH₃。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃)进行下列反应：

①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₁＝－90.7kJ·mol^－1

②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)  △H₂＝－23.5kJ·mol^－1

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

（1）催化反应室中总反应的热化学方程式为                         。

830℃时反应③的K＝1.0，则在催化反应室中反应③的K      1.0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2.4 mol/L，5 min后达到平衡，CO的转化率为50％；若反应物的起始浓度分别为：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L，达到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，则a＝         mol/L。

（3）反应②在t℃时的平衡常数为400，此温度下，在0.5L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c(mol/L)	0.8	1.24	1.24

①此时刻v_正    v_逆(填“大于”“小于”或“等于”)

②平衡时二甲醚的物质的量浓度是                     。

（4）以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料，以石墨为电极可直接构成燃料电池，则该电池的负极反应式为                                               ；若以1.12L/min(标准状况)的速率向电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL2mol/L CuSO₄溶液，通电0.50 min后，计算理论上可析出金属铜的质量为                。

Answer

I． C(s) + H2O(g) CO(g)+H2(g)

II． （1）3CO(g)＋3H2(g) CH3OCH3(g) ＋CO2(g) △H1＝－246.1kJ·mol－1 ；大于； （2）5.4 ；

（3） 大于 ；1.6mol/L（4）CH3OCH3 -12e-+16OH - = 2CO32-+11H2O；9.6g

【解析】

试题分析：Ⅰ．因为K=所以该反应的方程式为：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，注意C为固态，不列入平衡常数表达式，故答案为：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

Ⅱ．（1）①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-90.7kJ•mol-1  

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-1

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

依据盖斯定律将方程式变形①×2+②+③得 3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)，△H=△H1×2+△H2+△H3=-246.1kJ•mol-1

反应③为放热反应降低温度平衡正向移动K值增大，830℃时反应③的K=1.0，催化反应室中温度为230～280℃，所以K值增大，K＞1.0；故答案为：3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.1kJ•mol-1；＞；

（2） CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度(mol/L) 1 2.4 0

转化浓度( mol/L) 0.5 1 0.5

平衡浓度( mol/L) 0.5 1.4 0.5

△C(CO)=1×0.5=0.5

V(CO)=△C(CO)÷t=0.5mol/L÷5min=0.1mol/(L•min)；

K===

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度( mol/L) 4 a 0

转化浓度( mol/L) 2 4 2

平衡浓度( mol/L) 2 a-4 2

因为温度相同所以改变初始浓度后平衡常数不变K==

a=5.4mol/L；故答案为：5min内CO的平均反应速率为0.1mol/(L•min)； a=5.4mol/L；

（3）Qc===2.4 ，K=400 ，Qc＜K ，平衡向正方向反应V正＞V逆；故答案为：大于；

设生成的CH3OCH3 的浓度 x

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始浓度( mol/L) 0.8 1.24 1.24

转化浓度( mol/L) 2x x x

平衡浓度( mol/L) 0.8-2x 1.24+x 1.24+x

K==400，x=0.36 ，c[CH3OCH3(g)]=1.24+0.36=1.6故答案为：CH3OCH3浓度为1.6 mol/L；

（4）二甲醚、空气、KOH溶液为原料总电池反应方程式为为：CH3OCH3+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O ①

正极电极反应式为：3O2+6H2O+2e-=12e- ②

①-②得：CH3OCH3-12e-+16OH -=2CO32-+11H2O

故答案为：CH3OCH3-12e-+16OH -=2CO32-+11H2O；

n(CH3OCH3)=1.12L/min×0.5min÷22.4L/mol=0.025mol

n(Cu2+)=0.5L×2mol/L=1mol

CH3OCH3～12e- Cu2+～2e-～Cu

1 12 2 64

0.025 0.3 0.3 9.6

故答案为：理论上可以析出9.6g铜．

考点：考查了盖斯定律求反应热、化学平衡常数表达式及其应用、燃料电池、电解池计算的相关知识。