Question

下圖是煤化工產業鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

I．已知該產業鏈中某反應的平衡表常數達式為：K＝，它所對應反應的化學方程式為                                            。
II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業上以CO和H₂為原料生產CH₃OCH₃。工業制備二甲醚在催化反應室中（壓力2．0～10．0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應：
①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H₁＝－90．7kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) △H₂＝－23．5kJ·mol^－1
③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H₃＝－41．2kJ·mol^－1
（1）催化反應室中總反應的熱化學方程式為                                         。
830℃時反應③的K＝1．0，則在催化反應室中反應③的K    1．0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）在某溫度下，若反應①的起始濃度分別為：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2．4 mol/L，5 min后達到平衡，CO的轉化率為50％，則5 min內CO的平均反應速率為      　     ；若反應物的起始濃度分別為：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L；達到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，a＝        mol/L。
（3）反應②在t℃時的平衡常數為400，此溫度下，在0．5L的密閉容器中加入一定的甲醇，反應到某時刻測得各組分的物質的量濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c(mol/L)	0．8	1．24	1．24

 
①此時刻v_正   v_逆（填“大于”“小于”或“等于”
②平衡時二甲醚的物質的量濃度是                    。
以二甲醚、空氣、KOH 溶液為原料，以石墨為電極可直接構成燃料電池，則該電池的負極反應式為                                              ；若以1．12L/min（標準狀況）的速率向電池中通入二甲醚，用該電池電解500mL2mol/L CuSO₄溶液，通電0．50 min后，計算理論上可析出金屬銅的質量為                         

Answer 1

I．C(s) + H₂O(g)  CO(g)+H₂(g) （1分）
II．（1）3CO(g)＋3H₂(g)  CH₃OCH₃(g) ＋CO₂(g) △H₁＝－246．1kJ·mol^－1    > （1分）
（2）0．1mol/(L·min)  （1分）  5．4 （1分）
（3）大于（1分）   1．6mol/L （1分）
（4）CH₃OCH₃ -12e^-+16OH ^- = 2CO₃^2-+11H₂O （1分）  9．6g （2分）

試題分析：I．根據題給平衡常數表達式，結合質量守恒定律寫出，化學方程式為
C(s) + H₂O(g)  CO(g)+H₂(g)；II．（1）根據蓋斯定律，①×2+②+③得催化反應室中總反應的熱化學方程式為3CO(g)＋3H₂(g)  CH₃OCH₃(g) ＋CO₂(g) △H₁＝－246．1kJ·mol^－1；該反應放熱，降溫平衡向正向移動，K增大，故在催化反應室中反應③的K＞1．0；（2）根據v=△c/△t,將題給數據代入計算，v(CO)= 0．1mol/(L·min)；根據平衡計算——三行式計算。
CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)      CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)
起始濃度（mol/L）  1      2.4          0           4      a           0
轉化濃度（mol/L）  0.5     1           0.5          2      4           2
平衡濃度（mol/L）  0.5    1.4          0.5          2      a-4         2
將有關數據代入平衡常數表達式，計算得a=5．4；
（3）①根據信息知，Q= c(CH₃OCH₃) c(H₂O)/ c²(CH₃OH),代入數據計算得Q=2.4，Q＜K，反應正向進行，v_正大于v_逆；②根據平衡計算——三行式進行計算。平衡時二甲醚的物質的量濃度是1．6mol/L；
（4）以二甲醚、空氣、KOH 溶液為原料，以石墨為電極可直接構成燃料電池，二甲醚發生氧化反應，在負極發生反應，根據原子守恒和電荷守恒，該電池的負極反應式為CH₃OCH₃ -12e^-+16OH ^- = 2CO₃^2-+11H₂O；根據電子守恒計算析出銅的質量，2m(Cu)/64=1.12/22.4×0.5×12，m(Cu)=9.6g。