Question

【題目】二甲醚作為燃料電池的原料，可通過以下途徑制取：

I．2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH

II．2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH

（1）已知：①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=－41.0kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=－49.0kJ·mol－1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol－1

則反應I的ΔH=_______kJ·mol－1

（2）在恒容密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣發(fā)生反應2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是________。

A．新平衡后c(CH3OCH3)增大

B．正反應速率先增大后減小

C．反應物的體積百分含量減小

D．化學平衡常數K值增大

（3）在10L恒容密閉容器中，均充入4molCO2和7molH2，分別以銥(Ir)和鈰(Ce)作催化劑，通過反應II：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)制二甲醚，反應進行相同的時間后測得的CO2的轉化率α(CO2)隨反應溫度的變化情況如圖所示。

①根據圖1，下列說法不正確的是________。

A．反應II的ΔH＜0，ΔS＞0

B．600K時，H2的速率：v(b)正＞v(a)逆

C．分別用Ir、Ce作催化劑時，Ce使反應II的活化能降低更多

D．從狀態(tài)d到e，α(CO2)減小的原因可能是溫度升高平衡逆向移動

②狀態(tài)e(900K)時，α(CO2)=50%，則此時的平衡常數K=______（保留3位有效數字）。

（4）寫出二甲醚堿性（電解質溶液為KOH溶液）燃料電池的負極電極反應式__________。該電池工作時，溶液中的OH-向______極移動，該電池工作一段時間后，測得溶液的pH減小。

（5）己知參與電極反應的電極材料單位質量放出電能的大小稱為該電池的比能量．關于二甲醚堿性燃料電池與乙醇堿性燃料電池，下列說法正確的是________。

A．兩種燃料互為同分異構體，分子式和摩爾質量相同，比能量相同

B．兩種燃料所含共價鍵數目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同

C．兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，比能量不同

Answer 1

【答案】-203.5 BD A、C 6.75×104 CH3OCH3＋16OH--12e-=2CO32-＋11H2O 負極 C

【解析】

(1)根據蓋斯定律，①×2+②×2-③可得反應I，所以△H=(-41.0 kJmol-1)×2+(-49.0kJmol-1)×2-(+23.5kJmol-1)=-203.5kJmol-1；

(2)A．向平衡體系中再充入一定量的CH3OCH3氣體，平衡逆向移動，但新平衡c(CH3OCH3)增大，故A不選；

B．正反應速率先增大后減小說明正反應速率大于逆反應速率，平衡正向移動，故B選；

C．移走反應物可以使反應物的體積百分含量減小，但平衡會逆向移動，故C不選；

D．該反應焓變小于零，正反應為放熱反應，K值增大說明溫度降低，降低溫度會使平衡正向移動，故D選；

綜上所述選BD；

(3)據圖可知隨溫度上升二氧化碳的轉化率先上升后下降，說明在溫度較低時相同時間內反應還未達到平衡，平衡后隨溫度上升二氧化碳轉化率隨溫度上升而下降；

①A．由圖中信息可知，當溫度高于800K時，CO2轉化率α(CO2)隨反應溫度升高而減小，說明該反應為放熱反應，△H＞0，同時該反應氣體體積減小，△S＜0，故A錯誤；

B．由圖可知，b點CO2轉化率α(CO2)大于a點，所以生成物濃度b點大于a點，故v(b)逆＞v(a)逆，由于b點未平衡且正向進行，v(b)正＞v(b)逆，所以v(b)正＞v(a)逆，故B正確；

C．由圖中信息可知，當溫度為400K~800K時，反應進行相同時間后測得Ir作催化劑的CO2轉化率α(CO2)較高，說明Ir的催化效率更高，所以用Ir、Ce作催化劑時，反應的活化能降低更多的是Ir，故C錯誤；

D．狀態(tài)d、e都是平衡狀態(tài)，從d到e，該反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，α(CO2)減小，故D正確。

故答案為：AC；

②初始投料為4molCO2和7molH2，狀態(tài)e(900K)時，α(CO2)=50%，則轉化的CO2為2mol，列三段式有：

容器的體積為10L，則平衡常數K==6.75×104；

(4)二甲醚燃料電池中二甲醚被氧化生成二氧化碳，所以通入二甲醚的電極為負極，得電子發(fā)生還原反應，由于電解質為KOH溶液，所以最終產物為碳酸根，電極方程式為：CH3OCH3＋16OH--12e-=2CO32-＋11H2O；該電池工作時為原電池，原電池中陰離子流向負極；

(5)不同的化學鍵斷裂或形成時的能量變化不同，二甲醚和乙醇雖然為同分異構體且摩爾質量相同，但分子中化學鍵類型不同，所以單位質量的二甲醚和乙醇反應過程中放出的能量不同，所以C正確。