二甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀(jì)的新型能源,是一種高效、清潔能源.
Ⅰ.工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如下:
催化反應(yīng)室中(壓力2.0~10.0Mpa,溫度230~280℃)發(fā)生如下反應(yīng):
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
(1)二甲醚也可以通過天然氣和CO2合成制得,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
3CH4+CO2→2CH3OCH3
3CH4+CO2→2CH3OCH3

(2)催化反應(yīng)室中總反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.1kJ/mol
-246.1kJ/mol
,830℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0,則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(3)在溫度相同的3個(gè)密閉容器中,按不同方式投入反應(yīng)物,保持恒溫、恒壓,發(fā)生反應(yīng)②,測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下.
容器
反應(yīng)物投入量 1mol CH3OCH3、1mol H2O 2mol CH3OH 1mol CH3OH
CH3OH的濃度(mol/L) c1 c2 c3
反應(yīng)的能量變化 吸收a kJ 放出b kJ 放出c kJ
平衡時(shí)體積(L) V1 V2 V3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率 α 1 α 2 α 3
下列說法正確的是
A、B、C
A、B、C
.(填字母序號(hào))
A.a(chǎn)+2c=23.5        B.α12=1        C.V1>V3       D.c1=2c3
(4)上述生產(chǎn)流程中,可以循環(huán)使用的物質(zhì)有
甲醇和水、CO和H2
甲醇和水、CO和H2

Ⅱ.用二甲醚-空氣堿性(KOH)燃料電池作電源電解精煉粗銅(如圖),在接通電路一段時(shí)間純Cu質(zhì)量增加3.2g.

(5)請(qǐng)寫出燃料電池中的負(fù)極反應(yīng)式:
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O

(6)燃料電池正極消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積是
2.8L
2.8L
(空氣中O2體積分?jǐn)?shù)以20%計(jì)算).
分析:(1)根據(jù)題意,可以通過天然氣和CO2合成二甲醚(CH3OCH3),寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式即可;
(2)根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知反應(yīng)來書寫熱化學(xué)方程式;對(duì)于放熱反應(yīng),溫度越低,K越大;
(3)恒溫恒壓下,甲、乙、丙到達(dá)平衡為等效平衡,對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同、濃度相同,其中甲、乙對(duì)應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等,容器的體積相同,乙、丙轉(zhuǎn)化率相同,乙中物質(zhì)的量為丙中對(duì)應(yīng)各組分的2倍,據(jù)此結(jié)合選項(xiàng)計(jì)算判斷;
(4)根據(jù)實(shí)際流程確定可以循環(huán)使用的物質(zhì);
(5)燃料電池中,負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng);
(6)燃料電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng),根據(jù)氧氣和空氣之間的組成關(guān)系來回答.
解答:解:(1)通過天然氣和CO2合成二甲醚(CH3OCH3),得出反應(yīng)的化學(xué)方程式3CH4+CO2→2CH3OCH3,故答案為:3CH4+CO2→2CH3OCH3
(2)已知:①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol,
反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)可以根據(jù)①×2+③+②得到,得出此反應(yīng)的△H=-246.1kJ/mol,反應(yīng)③是放熱反應(yīng),對(duì)于放熱反應(yīng),溫度越低,K越大,所以大于1,故答案為:-246.1kJ/mol;>;
(3)A.恒溫恒壓下,甲、丙為等效平衡,對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同、濃度相同,令平衡時(shí)甲中甲醚為nmol,則丙中甲醚為0.5nmol,甲中吸收的熱量為(1-n)×23.5kJ=akJ,丙中放出的熱量為0.5n×23.5kJ=ckJ,整理得a+2c=23.5,故A正確;
B.恒溫恒壓下,甲、乙到達(dá)平衡為等效平衡,對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同,對(duì)應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等,令甲醚的轉(zhuǎn)化率為α1,則平衡時(shí)甲醚的物質(zhì)的量為(1-α1)mol,乙中平衡時(shí)甲醚的物質(zhì)的量為2α2mol×
1
2
2mol,故(1-α1)=α2,整理得α12=1,故B正確;
C.甲容器投入的起始量和乙投入的起始量相當(dāng),乙容器反應(yīng)物投入2molCH3OH、丙容器反應(yīng)物投入1molCH3OH在保持恒溫、恒壓情況下是等效平衡,應(yīng)存在V1=V2=2V3,故C正確;
D.恒溫恒壓下,甲、乙、丙到達(dá)平衡為等效平衡,對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同、濃度相同,c1=c3,故D錯(cuò)誤;
故選A、B、C;
(4)上述生產(chǎn)流程中,甲醇和水、CO和H2是可以循環(huán)使用的物質(zhì),故答案為:甲醇和水、CO和H2
(5)燃料電池中,負(fù)極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),在堿性環(huán)境下,發(fā)生的反應(yīng)為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O,故答案為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O;
(6)燃料電池正極上發(fā)生的電極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-=4OH-,純Cu是陰極,該極上析出金屬銅,當(dāng)質(zhì)量增加3.2g,轉(zhuǎn)移電子為0.1mol,此時(shí)正極上消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.025mol,所以需要空氣的體積是0.025mol×5×22.4L/mol=2.8L,故答案為:2.8L.
點(diǎn)評(píng):本題涉化學(xué)反應(yīng)原理中的熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)平衡知識(shí)有關(guān)的綜合考查題,要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力,難度大.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

二甲醚是一種重要的清潔燃料.工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚.主要的三步反應(yīng)如下:
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g);△H=-91.8kJ?mol
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g);△H=-23.5kJ?mol
②CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g);△H=-41.3kJ?mol
回答下列問題:
(2)水煤氣合成二甲醚三步反應(yīng)總的熱化學(xué)方程式為:
 

(3)-定條件下的密閉容器中,該總反應(yīng)達(dá)到平衡后,要提高CO的轉(zhuǎn)化率,下列措施中可以采取的是
 
 (填字母代號(hào)).
a.升高溫度; b.降低溫度; c.增大壓強(qiáng); d.減小壓強(qiáng);
e.縮小體積;f.增大CO的濃度;g.增大CO2的濃度
(3)某溫度下,將一定里的CH3OH加入密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),
經(jīng)20min反應(yīng)達(dá)到平衡,此時(shí)測(cè)得c(CH3OH)=0.56mol?L;c(H2O)=0.72mol?L-1
①達(dá)平衡時(shí),c(CH3OCH3)=
 
該時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)逨率v(CH3OH)=
 
.開始加入的CH3OH濃度c(CH3OH)=
 

②在相同的條件下,若起始濃度的數(shù)值如下表所示
 物質(zhì)  CH3OH  CH3OCH3  H2O
 濃度/(mol?L-1  0.28  0.86  0.86
則該反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率(v、v)隨時(shí)間(<)變化的曲線是下列圖中的:
 
平衡時(shí)CH3OCH在混合物中的體積百分含量是
 

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科目:高中化學(xué) 來源:2011-2012學(xué)年江蘇省無錫市高三上學(xué)期期末考試化學(xué)試卷 題型:填空題

(14分)二甲醚(CH3OCH。)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

    (1)催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為           .

    (2)催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為:

    CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(I)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為:

    CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)

    ①已知:原子利用率=×100%,試求反應(yīng)(Ⅳ)的原子利用率為       

    ②反應(yīng)(Ⅳ)的△S         0(填“>”、“=”或“<”)。

    ③在壓強(qiáng)為5MPa,體積為VL的反應(yīng)室c中,amol CO與20mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。則該反應(yīng)的△H      0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=         (用含字母的代數(shù)式表示)。

   

(3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。

    該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為:

    CH3OCH3一12e+16OH=2CO2-3+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分?jǐn)?shù)為x)廢氣的方法如下:

    ①將含SO2的廢氣通人電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;

    ②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸;

    ③將鹽酸加入NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。

    用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣,計(jì)算消耗二甲醚的質(zhì)量。

 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(14分)二甲醚(CH3OCH。)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

    (1)催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為           .

    (2)催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為:

    CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(I)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為:

    CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)

    ①已知:原子利用率=×100%,試求反應(yīng)(Ⅳ)的原子利用率為       

    ②反應(yīng)(Ⅳ)的△S         0(填“>”、“=”或“<”)。

    ③在壓強(qiáng)為5MPa,體積為VL的反應(yīng)室c中,amol CO與20mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。則該反應(yīng)的△H     0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=        (用含字母的代數(shù)式表示)。

   

(3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。

    該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為:

    CH3OCH3一12e+16OH=2CO2-3+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分?jǐn)?shù)為x)廢氣的方法如下:

    ①將含SO2的廢氣通人電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;

    ②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸;

    ③將鹽酸加入NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。

    用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣,計(jì)算消耗二甲醚的質(zhì)量。

 

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科目:高中化學(xué) 來源:2012屆江蘇省無錫市高三上學(xué)期期末考試化學(xué)試卷 題型:填空題

(14分)二甲醚(CH3OCH。)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

(1)催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為          .
(2)催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(I)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)
①已知:原子利用率=×100%,試求反應(yīng)(Ⅳ)的原子利用率為       
②反應(yīng)(Ⅳ)的△S         0(填“>”、“=”或“<”)。
③在壓強(qiáng)為5MPa,體積為VL的反應(yīng)室c中,amol CO與20mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。則該反應(yīng)的△H     0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=         (用含字母的代數(shù)式表示)。

(3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。
該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為:
CH3OCH3一12e+16OH=2CO2-3+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分?jǐn)?shù)為x)廢氣的方法如下:
①將含SO2的廢氣通人電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;
②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸;
③將鹽酸加入NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。
用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣,計(jì)算消耗二甲醚的質(zhì)量。

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