Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細化工產品，被認為是二十一世紀最有潛力的燃料[ 已知：CH₃OCH₃(g)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+3H₂O(1)  △H＝－1455kJ/mol ]。同時它也可以作為制冷劑而替代氟氯代烴。工業(yè)上制備二甲醚的主要方法經歷了三個階段：

①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇氣體在催化作用下直接脫水制二甲醚；2CH₃OHCH₃OCH₃＋H₂O

②合成氣CO與H₂直接合成二甲醚：3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)   △H＝－247kJ/mol

③天然氣與水蒸氣反應制備二甲醚。以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇工業(yè)流程如下：

（1）寫出CO(g)、H₂(g)、O₂(g)反應生成CO₂(g)和H₂O(1)的熱化學方程式（結果保留一位小數）                                                 。

（2）①方法中用甲醇液體與濃硫酸作用直接脫水制二甲醚，盡管產率高，但是逐步被淘汰的主要原因是                                         。

（3）在反應室2中，一定條件下發(fā)生反應3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)在密閉容器中達到平衡后，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是      。

A．低溫高壓    B．加催化劑    C．增加CO濃度    D．分離出二甲醚

（4）在反應室3中，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應：3H₂(g)＋CO₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O (g)  △H＜0反應達到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應混合物CH₃OH“物質的量分數”變化情況如圖所示，關于溫度（T）和壓強（P）的關系判斷正確的是    （填序號）。

A．P₃＞P₂   T₃＞T₂       B．P₂＞P₄   T₄＞T₂

C．P₁＞P₃   T₁＞T₃        D．P₁＞P₄   T₂＞T₃

（5）反應室1中發(fā)生反應：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)  △H＞0寫出平衡常數的表達式：                           。如果溫度降低，該反應的平衡常數                   。（填“不變”、“變大”、“變小”）

（6）如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖。則a電極的反應式為：________________。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）CO(g)＋H₂(g)＋O₂(g) CO₂(g)＋H₂O(l)  △H＝—567.3kJ/mol（2分）

（2）濃硫酸對設備腐蝕性嚴重，環(huán)境污染嚴重，操作條件惡劣。（2分）

（3）AD（2分）

（4）C D（2分）

（5）k＝（2分），變�。�1分）

（6）CH₃OCH₃－12e^－+16OH^－＝2CO₃^2－+11 H₂O（3分）

【解析】

考點分析：（1）已知CH₃OCH₃(g)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+3H₂O(1)  △H＝－1455kJ/mol，

3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)   △H＝－247kJ/mol由蓋斯定律兩個方程式合并得

H₂(g)＋CO(g) +O₂(g) H₂O(1)＋CO₂(g)  △H＝—567.3kJ/mol。

（2）中考慮到用到濃硫酸，會對設備有所損壞，且環(huán)境污染嚴重，操作條件惡劣。

（3）結合反應特點，可以加壓或降溫，或分離出產品，均能增大CO的轉化率。

（4）由方程式3H₂(g)＋CO₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O (g)  △H＜0可知，增大壓強或降低溫度有利于反應向正反應方向進行，P₁ >P₂ >P₃ >P_{4  ,}T₁ >T₂ >T₃ >T₄所以CD正確。

（5）化學平衡常數的表達式為k＝，因為正反應吸熱，所以降溫，平衡向逆反應方向移動，平衡常數變小。

（6）由圖可知，原電池的電解質溶液為KOH溶液，堿性；a極為原電池的負極，電極反應式為

CH₃OCH₃－12e^－+16OH^－＝2CO₃^2－+11 H₂O，b極為正極，電極反應式為O₂+2H₂O－4e^－=4 OH^－.

考點：熱化學方程式的書寫、化學反應平衡的移動、平衡常數、及原電池原理。