Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀(jì)的新型燃料．以CH₄和 H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如圖1．請?zhí)羁眨?br />
（1）在一定條件下，反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．
 在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應(yīng)速率將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O通入反應(yīng)室1（假設(shè)容積為10L），1min末有 0.1molCO生成，則1min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
（2）已知：CO的燃燒熱為283kJ/mol；
CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol
在一定條件下，反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水，該熱化學(xué)方程式為

 

．（本題涉及的條件均在同一條件下）
（3）反應(yīng)室3中在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）． 
對此反應(yīng)進行如下研究：
①在壓強為0.1MPa條件下，容積為2L時，充入0.2mol CO與0.4mol H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖2所示．則p₁

 

p₂ （填“＜”、“＞”或“=”）；在p₁壓強下，100℃時，若溫度不變，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K的值為

 

，再加入1.0 mol CO后重新達(dá)到平衡，則CO的轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”、“不變”或“減小”），CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)

 

 （填“增大”、“不變”或“減小”）．
②在容積為1L的密閉容器中分別充入1mol CO和 2mol H₂，實驗測得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時間的關(guān)系曲線如圖3所示．則該正反應(yīng)的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”），判斷的理由是

 

．
（4）我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”．該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO

2- 3

+11H₂O．
有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫（體積分?jǐn)?shù)為x）廢氣的方法如下：
①將含SO₂的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；
②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸；
③將鹽酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂氣體回收．
用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣，計算消耗二甲醚的質(zhì)量．

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,化學(xué)反應(yīng)速率專題,電化學(xué)專題

分析：（1）降低溫度正、逆反應(yīng)速率都降低；根據(jù)方程式計算生成的氫氣的物質(zhì)的量，進而計算氫氣的濃度變化，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（H₂）；
（2）反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水，根據(jù)蓋斯定律計算；
（3）依據(jù)圖象分析，隨溫度升高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；依據(jù)平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到；
（4）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系，熱量電池電極飽和氯化鈉溶液生成的氫氧化鈉吸收二氧化硫，結(jié)合電子守恒進行計算．

解答： 解：（1）降低溫度逆反應(yīng)速率減小；
1min末有0.1mol CO生成，根據(jù)方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）可知，生成的氫氣為0.1mol×3=0.3mol，容器的體積為10L，
則1min內(nèi)用氫氣表示的平均速率v（H₂）=

0.3mol 10L

1min

=0.03mol/（L?min）；
故答案為：減��；0.03；
（2）已知：①CO的燃燒熱為283kJ/mol，則CO（g）+

1

2

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
利用蓋斯定理將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，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-211kJ/mol；
（3）①由圖可知溫度相同時，到達(dá)平衡時，壓強為p₂的CO轉(zhuǎn)化率高，平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即p₁＜p₂；
CO的起始濃度為

0.2mol

2L

=0.1mol/L，H₂的起始濃度為

0.4mol

2L

=0.2mol/L，由圖2可知，在p₁壓強下，100℃時，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，CO的濃度變化量為0.1mol/L×0.5=0.05mol/L，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.1    0.2         0
變化（mol/L）：0.05    0.1      0.05
平衡（mol/L）：0.05    0.1      0.05
所以平衡常數(shù)k=

0.05

0.05×0．12

=100，
若溫度不變，再加入1.0 mol CO后重新達(dá)到平衡，雖然平衡向正方向移動，但轉(zhuǎn)化的比加入的少，則轉(zhuǎn)化率減��；CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)減��；
故答案為：＜；100；減��；減�。�
②從圖象可以看出，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減少，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜，升高溫度甲醇的物質(zhì)的量減少，反應(yīng)向吸熱方向進行；
（4）CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO^2-₃+11H₂O，2H⁺+2e^-═H₂↑，2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，SO₂+NaOH═NaHSO₃，得到CH₃OCH₃～12SO₂，依據(jù)條件計算，設(shè)二甲醚質(zhì)量為X；
CH₃OCH₃～12SO₂
46     12mol
x      

V

22.4

x=

23V

134.4

g；
故答案為：

23V

134.4

g．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫方法，化學(xué)平衡的分析判斷，平衡常數(shù)計算應(yīng)用，原電池、電解池原理中的電子守恒計算，綜合考查學(xué)生的分析能力和計算能力，較為綜合，題目難度中等．