Question

二甲醚(CH₃OCH₃)被稱為21世紀的新型燃料，在未來可能替代汽車燃油、石油液化氣、城市煤氣等，市場前景極為廣闊。它清潔、高效，具有優(yōu)良的環(huán)保性能。
工業(yè)上制二甲醚是在一定溫度(230～280 ℃)、壓強(2.0～10.0 MPa)和催化劑作用下進行的，反應器中發(fā)生了下列反應。
CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)    ΔH₁＝－90.7 kJ·mol^－1　①
2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)     ΔH₂＝－23.5 kJ·mol^－1�、�
CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)   ΔH₃＝－41.2 kJ·mol^－1�、�
(1)反應器中的總反應可表示為3CO(g)＋3H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)，則該反應的ΔH＝__________，平衡常數(shù)表達式為____________________，在恒溫、可變容積的密閉容器中進行上述反應，增大壓強，二甲醚的產率會________(填升高、降低或不變)。
(2)二氧化碳是一種重要的溫室氣體，減少二氧化碳的排放是解決溫室效應的有效途徑。目前，由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大進展，其化學反應方程式為2CO₂(g)＋6H₂(g)??CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)　ΔH＞0。
該反應在恒溫、體積恒定的密閉容器中進行，下列不能作為該反應已達到化學平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)的是________。
A．容器內混合氣體的密度不變
B．容器內混合氣體的壓強保持不變
C．容器內混合氣體的平均摩爾質量保持不變
D．單位時間內消耗2 mol CO₂的同時消耗1 mol二甲醚
(3)二甲醚氣體的燃燒熱為1 455 kJ·mol^－1，工業(yè)上用合成氣(CO、H₂)直接或間接合成二甲醚。下列有關敘述正確的是________。
A．二甲醚分子中含共價鍵
B．二甲醚作為汽車燃料不會產生污染物
C．二甲醚與乙醇互為同系物
D．表示二甲醚燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋3H₂O(g)　ΔH＝－1 455 kJ·mol^－1
(4)綠色電源“直接二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖如圖所示：正極為________(填“A電極”或“B電極”)，寫出A電極的電極反應式：________________________________________。

Answer 1

　(1)－246.1 kJ·mol^－1　　升高　(2)A　(3)A　(4)B電極　CH₃OCH₃＋3H₂O－12e^－=2CO₂＋12H^＋

　(1)根據(jù)蓋斯定律，ΔH＝2ΔH₁＋ΔH₂＋ΔH₃＝－246.1 kJ·mol^－1，增大壓強，平衡向正反應方向移動，二甲醚的產率升高。(2)該反應特點是，所有反應物和產物都是氣態(tài)，正反應是氣體分子數(shù)減小的反應，正反應吸熱。恒容條件下，密度始終不變，A選項錯誤；正反應是氣體分子數(shù)減小的反應，壓強不改變時表明反應達到平衡狀態(tài)，B選項正確；氣體摩爾質量等于質量與物質的量之比，當物質的量不變時，氣體平均摩爾質量也不變，反應達到平衡狀態(tài)，C選項正確；由反應式的化學計量數(shù)知，單位時間內消耗2 mol CO₂，必生成1 mol CH₃OCH₃，即二甲醚的消耗速率等于其生成速率，反應達到平衡狀態(tài)，D選項正確。(3)CH₃OCH₃分子中只存在碳氫鍵、碳氧鍵，它們都是共價鍵，A選項正確；二甲醚含碳、氫、氧元素，燃燒時仍然會產生CO、CO₂等大氣污染物，B選項錯誤；CH₃OCH₃與CH₃CH₂OH分子式相同，結構不同，互為同分異構體，C選項錯誤；燃燒熱強調生成的水為液態(tài)，正確的熱化學方程式為CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋3H₂O(l)　ΔH＝－1 455 kJ·mol^－1，D選項錯誤。(4)從電池裝置圖看，A電極通入二甲醚和水，B電極通入氧氣，該燃料電池中，二甲醚是還原劑，發(fā)生氧化反應，A極為負極；氧氣發(fā)生還原反應，B電極為正極。負極反應式為CH₃OCH₃－12e^－＋3H₂O=2CO₂＋
12H^＋。