Question

【題目】二甲醚制備兩種方法原理如下

第一種方法：丹麥Topspe工藝的合成氣一步法，是專門針對天然氣原料開發(fā)的一項新技術(shù)。

①2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1

第二種方法：二甲醚生產(chǎn)二步法，即先合成甲醇，甲醇在催化劑下制二甲醚。

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2

③2CH3OH(g)CH3OCH3 (g)+H2O(g) △H3

(1)若由合成氣(CO、H2)直接制備 1molCH3OCH3(g)，且生成H2O(1)，整個過程中放出的熱量為244kJ，則△H2=___________kJ·mol－1。(已知：H2O(1)=H2O(g) △H=+44.0 kJ/mol)

(2)下列有關(guān)反應(yīng)①敘述不正確的是___________

a.達到平衡后，升高溫度，ν正減少、ν逆增大，平衡逆向移動

b.當(dāng)四種物質(zhì)的濃度相等，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)

c.若改變條件，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定增大，正反應(yīng)速率一定大于逆反應(yīng)速率

d.當(dāng)達到平衡時2v正(O2)=v逆(CH4)

e.向該恒容平衡體系中充入氬氣，ν正、ν逆均增大，平衡向右移動

(3)有人模擬制備原理Ⅱ，繪制如圖甲圖像：

i說明CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因：______________________。

ii.反應(yīng)②自發(fā)進行的條件是______________________。

iii.若在350℃時的2L的密閉容器中充入2 mol CO和6molH2，8min達到平衡，c(CH3OCH3)=0.3mol·L－1，用H2表示反應(yīng)②的速率是___________；可逆反應(yīng)③的平衡常數(shù)K3=___________。

iv.若350℃時測得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3)，此時反應(yīng)③v(正)___________ν(逆)，說明原因_________。

(4)光能儲存一般是指將光能轉(zhuǎn)換為電能或化學(xué)能進行儲存，利用太陽光、CO2、H2O生成二甲醚的光能儲存裝置如圖乙所示則b極的電極反應(yīng)式為___________________________。

Answer 1

【答案】（-100-0.5△H3）kJ mol-1 a b c e 低于350℃時，反應(yīng)未達平衡，溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越高。高于350℃時，反應(yīng)均已達平衡，溫度越高，平衡逆向移動CO轉(zhuǎn)化率越低。 低溫下自發(fā) 0.175mol/(L·min) 9 > 此時Q=1<9=K，說明反應(yīng)還未達到平衡，需正向移動。 12H＋+2CO2+12e－==CH3OCH3+3H2O

【解析】

(1) 利用蓋斯定律就可以求出△H

iii利用三等式，可求解。

(1)利用蓋斯定律合成氣(CO、H2)直接制備 1molCH3OCH3(g)的反應(yīng)2CO(g)+4H2(g)= CH3OCH3 (g)+H2O(g)，其反應(yīng)熱等于2×△H2+△H3 -△H=-244kJ/mol，則△H2=-100-0.5△H3 kJ mol-1 答案為-100-0.5△H3；

(2) a. 升高溫度, 不管是正反應(yīng)速率，還是逆反應(yīng)速率都會增加，a符合題意；b. 平衡狀態(tài)時，只要求各物質(zhì)濃度保持不變，不要求相等，b符合題意；c. 改變條件，比如擴大體積，平衡，逆向移動反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小, c符合題意；d.當(dāng)達到平衡時，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率且成比例，d不符合題意；e.向該恒容平衡體系中充入氬氣，各反應(yīng)物和生成物的濃度不變，化學(xué)反應(yīng)速率不變；e符合題意，答案為abce；

(3) i根據(jù)圖像前部分，溫度不高，反應(yīng)沒有達到平衡，反應(yīng)還在向正向移動，轉(zhuǎn)化率增加；后一部分，溫度較高，反應(yīng)達到平衡，升高溫度，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率降低。答案為低于350℃時，反應(yīng)未達平衡，溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越高。高于350℃時，反應(yīng)均已達平衡，溫度越高，平衡逆向移動CO轉(zhuǎn)化率越低；

ii從反應(yīng)②可以看出來，反應(yīng)熵減小的反應(yīng)，根據(jù)△G=△H-T△S，反應(yīng)要自發(fā)，應(yīng)該在低溫下進行；答案為低溫下自發(fā)；

iii350℃下，CO的轉(zhuǎn)化率70%，CO消耗1.4mol,則H2消耗2.8mol,答案為0.175 mol/(L·min)，生成

CH3OH為1.4mol，濃度為0.7mol/L。求③的平衡常數(shù)利用三等式，

2CH3OH(g) CH3OCH3 (g) + H2O(g)

開始的濃度 0.7 mol·L－1 0 0

轉(zhuǎn)化的濃度 0.6mol·L－1 0.3mol·L－1 0.3mol·L－1

平衡的濃度 0.1mol·L－1 0.3mol·L－1 0.3mol·L－1

，答案為0.175 mol/(L·min) 9；

iv.根據(jù)濃度商計算，n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2)，，正向移動， v(正)>ν(逆)，答案為>，n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2)，，反應(yīng)正向移動；

(4) 根據(jù)電荷守恒和物料守恒，寫出來，答案為12H＋+2CO2+12e－==CH3OCH3+3H2O。