Question

天然氣、煤炭氣(CO、H₂)的研究在世界上相當(dāng)普遍。其中天然氣和二氧化碳可合成二甲醚，二甲醚與水蒸氣制氫氣作為燃料電池的氫能源，比其他制氫技術(shù)更有優(yōu)勢。主要反應(yīng)為：
①CH₃OCH₃(g) +H₂O(g) 2CH₃OH(g)    △H= 37Kj·mol^-1
②CH₃OH(g)+H₂O(g) 3 H₂(g)+CO₂(g)   △H =49Kj·mol^-1
③CO₂(g) +H₂(g) CO(g) +H₂O(g)      △H=41.3Kj·mol^-1
其中反應(yīng)③是主要的副反應(yīng)，產(chǎn)生的CO對燃料電池Pt電極有不利影響。
請回答下列問題：
（1）二甲醚可以通過天然氣和CO₂合成制得，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為                    。
（2）CH₃OCH₃(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式為                           。
（3）下列采取的措施和解釋正確的是                 。（填字母序號）
A．反應(yīng)過程在低溫進(jìn)行，可減少CO的產(chǎn)生
B．增加進(jìn)水量，有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化，并減少CO的產(chǎn)生
C．選擇在高溫具有較高活性的催化劑，有助于提高反應(yīng)②CH₃OH的轉(zhuǎn)化率
D．體系壓強(qiáng)升高，雖然對制取氫氣不利，但能減少CO的產(chǎn)生
（4）煤炭氣在一定條件下可合成燃料電池的另一種重要原料甲醇，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
CO (g) +2H₂(g) CH₃OH(g) △H <0�，F(xiàn)將l0mol CO與20mol H₂置于密閉容器中，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，CO的平衡轉(zhuǎn)化率（）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。

①自反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時間t_A         t_B（填“大于”、“小于”或“等于”）。
②A、C兩點的平衡常數(shù)K_A            K_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（5）某工作溫度為650^oC的熔融鹽燃料電池，是以鎳合金為電極材料，負(fù)極通人煤炭氣(CO、H₂)，正極通人空氣與CO₂的混合氣體，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物做電解質(zhì)。請寫出正極的電極反應(yīng)式   ____                                  。

Answer 1

（1）3CH₄+CO₂→2CH₃OCH₃ 
（2）CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)     △H= 135kJ·mol^-1
（3） ABD     （4）①大于   ②大于  （5）O₂+4e-+2CO₂= 2CO₃^2-

試題分析：本題是有關(guān)化學(xué)反應(yīng)原理的綜合題。（1）根據(jù)原子守恒書寫方程式；（2）給出的三個方程式中第③是副反應(yīng)，所以CH₃OCH₃(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式應(yīng)是①+2②得到，△H也這樣計算。
CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g)6H₂(g)+2CO₂(g)     △H= 135kJ·mol^-1
（3）A、反應(yīng)③是吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡逆向移動，減少CO的產(chǎn)生，正確；B、對反應(yīng)①、②來說，水是反應(yīng)物，增加進(jìn)水量，促進(jìn)二甲醚的轉(zhuǎn)化；對于反應(yīng)③，水是生成物，增加水的量會抑制該反應(yīng)正向進(jìn)行，減少CO的產(chǎn)生，正確；C、催化劑不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，只能改變反應(yīng)速率，錯誤；D、增大壓強(qiáng)對于反應(yīng)②逆向移動，制取的氫氣量減少，但對于反應(yīng)③，增大壓強(qiáng)水的濃度增大，使平衡逆向移動，減少CO的產(chǎn)生，正確。（4）B點壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率快，先達(dá)到平衡，用時少；K只和溫度有關(guān)，溫度高，該反應(yīng)逆向移動，K值大，所以K_A大于K_C；書寫電極反應(yīng)式時要確定正極反應(yīng)物和產(chǎn)物，要明確介質(zhì)，確定氧的存在微粒。