(14分)甲醇、二甲醚等被称为绿色能源,工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气(CO、H2),再制成甲醇、二甲醚(CH3OCH3)。
(1)已知1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ,请写出二甲醚燃烧热的热化学方程式____________________________________________________________________。
(2)写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式 __________________________________。
(3)用合成气制备二甲醚的反应原理为:2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定条件下,该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO)]的变化曲线如下左图:
①a、b、c按从大到小的顺序排序为_________________,该反应的△H_______0(填“>”、“<”)。
②某温度下,将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如上图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是 ;
A. P3>P2,T3>T2 B. P1>P3,T1>T3 C. P2>P4,T4>T2 D. P1>P4,T2>T3
③在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 ;
A. 正反应速率先增大后减小 B. 逆反应速率先增大后减小
C. 化学平衡常数K值减小 D. 氢气的转化率减小
④ 某温度下,将4.0molCO和8.0molH2充入容积为2L的密闭容器中,反应达到平衡时,测得二甲醚的体积分数为25%,则该温度下反应的平衡常数K=__________。
(1)CH3OCH3(g) + 3O2(g)=2CO2(g) + 3H2O(l) △H=-1472kJ/mol
(2)CH3OCH3 -12e- + 16OH-=2CO32- + 11H2O
(3)①a>b>c;< ②B、D ③B、C ④ 2.25
题目分析:(1)1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ,则1mol二甲醚即46g二甲醚完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为46×32kJ=1472kJ,因此二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g) + 3O2(g)=2CO2(g) + 3H2O(l) △H=-1472kJ/mol。
(2)原电池中负极失去电子,因此二甲醚在负极通入,发生氧化反应。若电解质显碱性,则二甲醚的氧化产物最终变为碳酸盐,因此二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式为CH3OCH3 -12e- + 16OH-=2CO32- + 11H2O。
(3)①氢气和CO均是反应物,因此投料比[n(H2) / n(CO)]越大,CO的转化率越大,所以根据图像可知a>b>c;同样根据图像可知升高温度CO的转化率降低,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应,即△H<0。
②根据图像可以看出,对于反应:2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H<0,压强越大,二甲醚的物质的量分数则越大,温度越高,二甲醚的物质的量分数越小,所以P1>P3、T1>T3,P1>P4、T2>T3,故答案为:BD;
③化学平衡的标志是正逆反应速率相等,当逆反应速率大于正反应速率时,说明反应是逆向进行的。A、正反应速率先增大后减小,说明平衡向正反应方向移动,A不正确;B、逆反应速率先增大后减小,说明平衡向逆反应方向移动,B正确;C、化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,因此化学平衡常数K值减小,说明平衡向逆反应方向移动,C正确;D、氢气的转化率减小,无法判断平衡移动方向,D不正确,故答案为:BC;
④根据反应的化学方程式可知,
2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)
起始浓度(mol/L) 2 4 0 0
转化浓度(mol/L) 2x 4x x x
平衡浓度(mol/L)2-2x 4-4x x x
反应达到平衡时,测得二甲醚的体积分数为25%
则=0.25
解得x=0.75
所以该温度下平衡常数K==2.25