Question

二甲醚(CH₃OCH₃)和甲醇(CH₃OH)被称为21世纪的新型燃料。以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

请填空：

(1)在一定条件下，反应室1中发生反应：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g) △H>0。将1.0molCH₄和2.0molH₂O通人反应室1(假设容积为100L)，10min末有0.1molCO生成，则10min内反应的平均速率V(H₂)=________。该反应平衡常数的表达式：_____________。

(2)已知：CH₃OCH₃ (g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+3H₂O(g) △H=-1323 KJ/mol；

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g) △H=-484 KJ/mol；

CO的燃烧热：283KJ/mol。

在一定条件下，反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，该热化学方程式为_______________。(本题涉及的条件均在同一条件下)

(3) 绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如右图所示,写出X电极的电极反应式_______________

(4)反应室3中在催化剂作用下发生如下反应：CO(g) +2H₂(g) CH₃OH(g)。对此反应进行如下研究：

①在容积为1L的密闭容器中分别充入1molCO和2molH₂，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图1所示。

则：该正反应的△H___________0(填“<”、“>”或“=")。

②在容积均为1L的a、b、c三个相同密闭容器中分别充入1mol CO和2mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃，在其他条件相同情况下，实验测得反应均进行到5min时甲醇的体积分数如图2所示。下列说法正确的是_______________

A．a、b、c三容器5min时的正反应速率大小为：b＞a＞c

B．达到平衡时，a、b、c三容器中CO转化率为a＞b＞c

C．5min时，a、b、c三容器中的反应均可能达到平衡状态。

D．将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压

Answer

(1)0.0003mol·L-1·min-1；K=；

(2)2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-211 KJ/mol

(3)(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(4)①<；② BD

【解析】

试题分析：(1)10min末有0.1mol CO生成，根据方程式CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)可知，生成的氢气为0.1mol×3=0.3mol，容器的体积为100L，则10min内用氢气表示的平均速率v(H2)==0.0003mol/(L•min)；该反应平衡常数的表达式为K= ，故答案为：0.0003 mol/(L•min)；；

(2)已知：①CO的燃烧热为283kJ/mol，则CO(g)+O2(g)═CO2(g)△H=-283kJ/mol；②CH3OCH3(g)+3O2(g)═2CO2(g)+3H2O(g)△H=-1323kJ/mol，③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ/mol，利用盖斯定理将①×2+③×2-②可得：2CO(g)+4H2(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H= -2×(-283kJ/mol)+2×(-484kJ/mol)-(-1323kJ/mol)= -211kJ/mol，故答案为：2CO(g)+4H2(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-211kJ/mol；

(3)根据氢离子移动方向知，左边电极是负极，通入燃料二甲醚，右边电极是正极，通入氧化剂氧气，该燃料电池中，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；负极的电极反应式为(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案为：(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(4)①从图象可以看出，升高温度，甲醇的物质的量减少，说明正反应是放热反应，则△H＜0，故答案为：＜，

②A．升高温度，化学反应速率加快，故a、b、C三容器5min时的正反应速率大小为：c＞b＞a，故A错误；B．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故达到平衡时，a、b、c中CO转化率为a＞b＞c，故B正确；C．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故5min时，a中反应未达平衡，b、c中的反应达到平衡状态，故C错误；D．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；反应后气体体积小于反应前，减小压强．平衡逆向移动，故将容器b中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态，可采取的措施有升温或减压，故D正确，故答案为：BD。

【考点定位】考查化学反应速率及化学平衡计算、热化学方程式的书写、氧化还原反应的相关计算、原电池和电解池原理

【名师点晴】本题考查了原电池和电解池原理、酸碱中和滴定等知识点，这些知识点都是考试热点，知道原电池和电解池中各个电极上发生的电极反应式，近几年中化学电源新型电池及燃料电池考查较多，离子浓度大小比较常常与盐类水解和弱电解质电离联合考查，为学习难点，要熟练掌握基本知识，灵活运用基础知识解答问题。