Question

【題目】甲醇（CH3OH）和二甲醚（CH3OCH3）被稱為21世紀的新型燃料，具有清潔、高效等性能。

（1）CO2可用于合成二甲醚（CH3OCH3），有關反應的熱化學方程式如下：

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

2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g) + H2O(g) △H=－23.5 kJ·mol-1

H2O(l)＝H2O(g) △H= + 44 kJ·mol-1

則CO2與H2反應合成二甲醚生成液態水的熱化學方程式為：____________________。

（2）工業上合成甲醇的反應：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H=－90.8 kJ·mol-1。 下列不能說明該反應在恒溫恒容條件下已達化學平衡狀態的是___________

A．v正(H2) = 2v逆(CH3OH) B．n(CO):n(H2):n(CH3OH)=1:2:1

C．混合氣體的密度不變 D．混合氣體的平均相對分子質量不變 E．容器的壓強不變

（3）若反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)在某溫度下的化學平衡常數為400，此溫度下，在密閉容器中加入一定量甲醇，反應進行到某時刻，測得各物質的濃度如下表所示：

物質	CH3OH(g)	CH3OCH3(g)	H2O(g)
濃度（mol·L-1）	0.44	0.60	0.60

①比較該時刻正、逆反應速率的大�。�v(正)_____v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

②若加入甲醇后，經10 min反應達到平衡，則平衡后c(CH3OH)=______________，

該時間內反應速率v(CH3OCH3)=_____________。

（4）利用二甲醚（CH3OCH3）設計一個燃料電池，用KOH溶液作電解質溶液，石墨做電極，該電池負極電極反應式為___________________________。以此燃料電池作為外接電源按如圖所示電解硫酸銅溶液，如果起始時盛有1000mLpH=5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO4足量），一段時間后溶液的pH變為1，若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入______其質量約為_____g。

Answer 1

【答案】2CO2（g）+6H2（g）═CH3OCH3（g）+3H2O（l）△H=-253.5kJmol-1 BC ＞ 0.04molL-1 0.08molL-1min-1 CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O CuO 4g

【解析】

（1）根據蓋斯定律分析作答；

（2）變量不變時，可以說明反應達到平衡狀態；

（3）①根據各組分的濃度商與平衡常數的大小進行判斷反應方向及正逆反應速率大�。�

②設達到平衡時又消耗了xmol甲醇，利用三段式及平衡常數列出方程式進行計算平衡時甲醇濃度及二甲醚的反應速率；

（4）燃料電池中，負極上是燃料甲醚發生失電子的氧化反應，正極反應為氧氣得到電子發生還原反應，在堿性環境中生成氫氧根離子；電解池中，根據電解原理反應，結合電子轉移數相等找出關系式分析計算。

（1）已知①CO2(g) + 3H2(g)＝CH3OH(g) + H2O(g) △H=－49.0 kJ·mol-1

②2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g) + H2O(g) △H=－23.5 kJ·mol-1

③H2O(l)＝H2O(g) △H= + 44 kJ·mol-1

根據蓋斯定律①×2＋②-③×3得出CO2與H2反應合成二甲醚生成液態水的熱化學方程式為2CO2（g）+6H2（g）═CH3OCH3（g）+3H2O（l）△H=-253.5kJmol-1，故答案為：2CO2（g）+6H2（g）═CH3OCH3（g）+3H2O（l）△H=-253.5kJmol-1；

（2）A．v正（H2）=2v逆（CH3OH），表示的是正逆反應速率，且滿足二者計算量關系，說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；

B．n（CO）：n（H2）：n（CH3OH）=1：2：1，物質的量之比，無法判斷正逆反應速率是否相等，無法判斷是否達到平衡狀態，故B正確；

C．混合氣體的密度不變，反應前后都是氣體，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態的依據，故C正確；

D．該反應是氣體體積縮小的反應，反應過程中氣體的物質的量發生變化，混合氣體的平均分子量發生變化，若混合氣體的平均相對分子質量不變，說明達到了平衡狀態，故D錯誤；

E．該反應是體積縮小的反應，氣體的物質的量在反應中發生變化，若容器的壓強不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故E錯誤；

故答案為：BC；

（3）①此時的濃度商為：Qc= =1.86＜400，故反應向正反應方向進行，正反應速率大于逆反應速率，故答案為：＞；

②設達到平衡時據此又消耗了xmol，則

則K= =400，解得x=0.2mol/L，故平衡時c（CH3OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，則10min生成二甲醚的濃度為：0.6mol/L+0.2moL/L=0.8mol/L，

所以甲醇的反應速率為v（CH3OH）= =0.08mol/（Lmin），

故答案為：0.04molL-1；0.08molL-1min-1；

（4）燃料電池中，負極上是燃料甲醚發生失電子的氧化反應，在堿性環境下，即為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O，正極反應為氧氣得到電子發生還原反應，在堿性環境中生成氫氧根離子，正極反應為3O2+12e-+6H2O=12OH-。

下半部分為電解池，由電子流向可知，Fe為陰極，銅離子得到電子生成Cu，陰極反應式：Cu2+ +2e-==Cu 陽極反應式：4OH- -4e-==2H2O+O2↑，從體系中脫離的是Cu和O，且原子比例為1:1，所以向溶液中加入CuO，pH=1時H+濃度為0.1mol/L，溶液體積為1L，故H+的物質的量為0.1mol，因為反應前H+較少，可以認為0.1molH+全部來自于電解2H2O-4e-=O2+4H+，故產生0.1molH+就會產生0.25molO2，含有0.05molO原子，根據原子守恒，需要補充0.05mol CuO，CuO的質量為0.05mol×80g/mol= 4g。

故答案為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；CuO；4g。