Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細化工產品，被認為是二十一世紀最有潛力的燃料[ 已知：CH₃OCH₃(g)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+3H₂O（1） △H＝－1455kJ/mol ]。同時它也可以作為制冷劑而替代氟氯代烴。工業上制備二甲醚的主要方法經歷了三個階段：
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇氣體在催化作用下直接脫水制二甲醚； 2CH₃OH CH₃OCH₃＋H₂O
②合成氣CO與H₂直接合成二甲醚： 3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)  △H＝－247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應制備二甲醚。以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇工業流程如下：

（1）寫出CO(g)、H₂(g)、O₂(g)反應生成CO₂(g)和H₂O（1）的熱化學方程式（結果保留一位小數）                                                
（2）在反應室2中，一定條件下發生反應3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)在密閉容器中達到平衡后，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是     
A．低溫高壓   B．加催化劑    C．增加CO濃度   D．分離出二甲醚
（3）在反應室3中，在一定溫度和壓強條件下發生了反應：3H₂(g)＋CO₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O (g) △H＜0反應達到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應混合物CH₃OH“物質的量分數”變化情況如圖所示，關于溫度（T）和壓強（P）的關系判斷正確的是   （填序號）

A．P₃＞P₂   T₃＞T₂       B．P₂＞P₄   T₄＞T₂
C．P₁＞P₃   T₁＞T₃       D．P₁＞P₄   T₂＞T₃
（4）反應室1中發生反應：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g) △H＞0寫出平衡常數的表達式：                          
如果溫度降低，該反應的平衡常數             （填“不變”、“變大”、“變小”）

（5）如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖則a電極的反應式為：________________

（6）下列判斷中正確的是_______
A．向燒杯a中加入少量K₃[Fe(CN)₆]溶液，有藍色沉淀生成
B．燒杯b中發生反應為2Zn-4eˉ ＝2Zn²⁺
C．電子從Zn極流出，流入Fe極，經鹽橋回到Zn極
D．燒杯a中發生反應O₂ + 4H⁺+ 4eˉ ＝ 2H₂O，溶液pH降低

Answer 1

（1）CO(g)＋H₂(g)＋O₂(g) CO₂(g)＋H₂O(l) △H＝—567.3kJ/mol
（2）AD （3）C D  （4）k＝，變小
（5）CH₃OCH₃－12e^－+16OH^－＝2CO₃^2－+11 H₂O（6）B

試題分析：（1）將CH₃OCH₃(g)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+3H₂O（1） △H＝－1455kJ/mol 和3H₂(g)＋3CO(g)  CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)  △H＝－247kJ/mol相加，整理可得：CO(g)＋H₂(g)＋O₂(g) CO₂(g)＋H₂O(l) △H＝—567.3kJ/mol。（2）由于反應3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g) △H＝－247kJ/mol的正反應是個氣體體積減小的放熱反應，所以達到平衡后，要提高CO的轉化率，即是平衡正向移動，應該低溫高壓或分離出二甲醚。加入加催化劑只能縮短達到平衡所需要的時間，但平衡不發生移動。若   增加CO濃度，平衡正向移動，轉化量增加，但加入量遠遠大于平衡轉化消耗量，所以CO的轉化率反而降低。選項為AD。（3）反應3H₂(g)＋CO₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O (g) △H＜0達到平衡后，若增大壓強或降低溫度，平衡正向移動，CH₃OH的含量增加；若降低壓強或升高溫度，平衡逆向移動，CH₃OH的含量減少。則A.P₂>P₃，T₂>T₃.錯誤。B．P₂＞P₄   T₂＞T₄.錯誤。C．P₁＞P_{3 ，}， T₁＞T₃正確。D．P₁＞P₄，T₂＞T₃。正確。（4）反CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g) △H＞0的化學平衡常數的表達式為k＝如果溫度降低，根據平衡移動原理。化學平衡向放熱反應方向(即向逆反應方向)移動，所以該反應的平衡常數減小。（5）在燃料電池“二甲醚燃料電池”中，通入燃料的電極a電極為負極，電極的反應式為CH₃OCH₃－12e^－+16OH^－＝2CO₃^2－+11 H₂O。（6）A.由于活動性Zn>Fe,所以是Zn失去電子，作負極。Fe作正極。因為Fe未發生氧化反應，所以向燒杯a中加入少量K₃[Fe(CN)₆]溶液，不會有藍色沉淀生成。A錯誤，B正確。C. 電子從Zn極流出，流入Fe極，在溶液中陽離子從負極向正極移動，陰離子從正極相負極移動，從而形成閉合回路。錯誤.D．NaCl溶液呈中性，所以在燒杯a中發生反應O₂ + 2H₂O + 4eˉ ＝4OH^-，溶液pH升高。錯誤。