Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀的新型能源，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能。

Ⅰ.工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如下：

催化反應室中(壓強2.0～10.0 MPa，溫度230～280℃)進行下列反應：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=－90.7 kJ/mol ①

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=－23.5 kJ/mol ②

CO(g)+H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=－41.2 kJ/mol ③

(1)甲烷氧化可制得合成氣，反應如下：CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) ΔH=－35.6 kJ/mol。該反應是____________反應(填“自發(fā)”或“非自發(fā)”)。

(2)催化反應室中總反應3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝ _____________。該反應的平衡常數(shù)表達式為：_______；在830℃時K＝1.0，則在催化反應室中該反應的K______1.0(填“>”、“<”或“＝”)。

(3)上述反應中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有__________。

Ⅱ.如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖。

a電極是________極，其電極反應方程式為_________________。

Answer 1

【答案】自發(fā) －246.1 kJ/mol > CO、H2、甲醇和水 負 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+

【解析】

Ⅰ.(1)依據(jù)自發(fā)進行的判斷依據(jù)為△H-T△S＜0，是自發(fā)進行的反應；△H-T△S＞0，是非自發(fā)進行的反應；

(2)依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式；根據(jù)化學平衡常數(shù)的含義可得其表達式；催化反應室內(nèi)的反應條件是壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃；結合影響化學平衡的因素分析判斷；

(3)依據(jù)反應過程中的中間產(chǎn)物是可以循環(huán)利用的物質(zhì)；

Ⅱ.反應本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，O2在正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極放電，由圖中H+的移動方向知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子。

I．(1)甲烷氧化可制合成氣：CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)，△S＞0，△H＜0，△H-T△S＜0，因此反應能自發(fā)進行；

(2)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) ΔH=－90.7 kJ/mol

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=－23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=－41.2 kJ/mol

依據(jù)蓋斯定律①×2+②+③得到：3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH=-246.1kJ/mol；由于化學平衡常數(shù)是可逆反應達到平衡狀態(tài)時，各種生成物濃度冪之積與各種反應物濃度冪之積的比，則該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K=；

在830℃時反應的K=1.0，在催化反應室中，壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃，溫度降低，平衡向正反應方向移動，因此反應的K增大；

(3)依據(jù)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) ΔH=－90.7 kJ/mol

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=－23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=－41.2 kJ/mol

甲醇和水是中間產(chǎn)物，結合生產(chǎn)流程，CO、H2也可以部分循環(huán)，故可以循環(huán)利用的物質(zhì)CO、H2、甲醇和水。

II.在該燃燒電池中，根據(jù)H+的移動方向可知，通入二甲醚的a電極為負極，二甲醚在負極失去電子，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。