Question

CO和H₂均是重要的化工原料，CO₂的固定和利用对环境保护及能源开发具有重要的意义。

（1）利用水煤气（CO+H₂）作为合成气，在同一容器中，选择双催化剂，经过如下三步反应，最终合成二甲醚（CH₃OCH₃）。

甲醇合成反应:CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₁=－90.8kJ·mol^－1

水煤气变换反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   △H₂=－41.3kJ·mol^－1

甲醇脱水反应：2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)   △H₃=－23.5kJ·mol^－1

写出由CO和H₂合成二甲醚气体和水蒸气的热化学方程式____________。

（2）在2L恒容密闭容器中，投入CO(g)和H₂(g)各5mol，发生如下反应：

3CO(g)+3H₂(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)  △H＜0，CO的转化率α与温度、压强的关系如图所示：

①p₁、p₂、p₃中最大的是________。

②若该反应进行50min时达到平衡，此时CO的转化率α=0.6，则50min内H₂的反应速率为____mol·L^－1·min^－1。

（3）二甲醚（CH₃OCH₃）燃料电池具有启动快。效率高等优点，其能量密度高于甲醇燃料电池。其工作原理如图所示。X极附近的酸性______（填“减弱”、“增强”或“不变”），Y电极是_____极，写出X电极上发生的电极反应式__________。若用该二甲醚燃料电池电解饱和食盐水（阳极为石墨电极），当有2.3g燃料被消耗时，阴极产生气体的体积为_____L（标准状况下）

Answer

）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=－205.1kJ·mol－1 p1 0.03 增强 正极 CH3OCH3－12e－+3H2O=2CO2↑+12H+ 6.72

【解析】(1)①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.8kJ•mol-1
②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-1
依据盖斯定律①×2+②得到：2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=(-90.8kJ•mol-1)×2+(-23.5kJ•mol-1)=－205.1kJ•mol-1；

(2)①3CO(g)+3H2(g)═CH3OCH3(g)+CO2(g)，可知正反应为气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，一氧化碳的转化率提高，因此压强关系是p1＜p2＜p3，即压强最大的是p3；

②反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 进行50min时达到平衡，此时CO的转化率α=0.6，则变化的CO为3mol，变化的H2也为3mol，H2的反应速率为=0.03mol·L－1·min－1。

(3)③电池在放电过程中，电极X发生的电极反应为(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+，X电极周围溶液的酸性增强；c处通入的气体是氧气，发生还原反应，则Y极为正极；当有2.3g燃料被消耗时，被氧化的二甲醚的物质的量为2.3g÷46g/mol=0.05mol，转移电子的物质的量为0.05mol×12=0.6mol，电解饱和食盐水(阳极为石墨电极)，阴极产生氢气的体积为×22.4L/mol=6.72。

点睛：原电池中电极反应式的书写方法：①先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；②注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存；③若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水；④正负极反应式相加(电子守恒)得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。