Question

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

I．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)：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=-90.7kJ/mol ①

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

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

（1）甲烷氧化可制得合成氣，反應(yīng)如下：CH4(g)+O2CO(g)+2H2(g) △H=-35.6kJ/mol。該反應(yīng)是_______反應(yīng)（填“自發(fā)”或“非自發(fā)”）

（2）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=______，830℃時反應(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）上述反應(yīng)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。b 電極是______極。

Answer 1

【答案】I.（1）自發(fā)；（2）-246.1kJ/mol；>；（3）CO、H2、甲醇和水；II.正。

【解析】

試題分析：I.（1）甲烷氧化可制得合成氣是反應(yīng)是體系混亂程度增大的放熱反應(yīng)，根據(jù)體系的自由能△G=△H-t·△S<0，反應(yīng)可自發(fā)進行；

（2）催化反應(yīng)室中進行下列反應(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

依據(jù)蓋斯定律①×2+②+③得到：3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H= -246.1kJ/mol；

830℃時反應(yīng)③的K=1.0，則在催化反應(yīng)室中，壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃，溫度降低。根據(jù)平衡移動原理：降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動。由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以降低溫度，化學(xué)平衡正向進行，使反應(yīng)③的K增大，K>1；

（3）依據(jù)催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應(yīng)可知CO、甲醇和水，是中間產(chǎn)物，H2也可以部分循環(huán)，故上述反應(yīng)中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有CO、H2、甲醇和水；II．反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的氧化，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，所以由圖可知，a極為負(fù)極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，b為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。