⑴ 2CH3OH + 3O2 + 4OH- === 2CO32- + 6H2O ⑵負(fù) CH3OH-6e-+8OH-===CO32-+6H2O 共3分. ⑶13.44 查看更多

 

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二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體,可作為一種新型能源.由合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制備二甲醚,其中的主要過程包括以下四個反應(yīng):
甲醇合成反應(yīng):
(Ⅰ)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.1kJ?mol-1
(Ⅱ)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-49.0kJ?mol-1
水煤氣變換反應(yīng):
(Ⅲ)CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2 (g)△H3=-41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反應(yīng):
(Ⅳ)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ?mol-1
回答下列問題:
(1)Al2O3是合成氣直接制備二甲醚反應(yīng)催化劑的主要成分之一.工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al2O3的主要工藝流程是
Al2O3(鋁土礦)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4,NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
Al2O3(鋁土礦)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4,NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
(以化學(xué)方程式表示).
(2)分析二甲醚合成反應(yīng)(Ⅳ)對于CO轉(zhuǎn)化率的影響
消耗甲醇,促進甲醇合成反應(yīng)(Ⅰ)平衡右移,CO轉(zhuǎn)化率增大;生成的H2O,通過水煤氣變換反應(yīng)(Ⅲ)消耗部分CO
消耗甲醇,促進甲醇合成反應(yīng)(Ⅰ)平衡右移,CO轉(zhuǎn)化率增大;生成的H2O,通過水煤氣變換反應(yīng)(Ⅲ)消耗部分CO

(3)由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學(xué)方程式為
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
.根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理,分析增加壓強對直接制備二甲醚反應(yīng)的影響
該反應(yīng)分子數(shù)減少,壓強升高使平衡右移,CO和H2轉(zhuǎn)化率增大,CH3OCH3產(chǎn)率增加.壓強升高使CO和H2濃度增加,反應(yīng)速率增大
該反應(yīng)分子數(shù)減少,壓強升高使平衡右移,CO和H2轉(zhuǎn)化率增大,CH3OCH3產(chǎn)率增加.壓強升高使CO和H2濃度增加,反應(yīng)速率增大

(4)有研究者在催化劑(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、壓強為5.0MPa的條件下,由H2和CO直接制備二甲醚,結(jié)果如圖所示.其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是
反應(yīng)放熱,溫度升高,平衡左移
反應(yīng)放熱,溫度升高,平衡左移

(5)二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點,其能量密度等于甲醇直接燃料電池(5.93kW?h?kg-1).若電解質(zhì)為酸性,二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
,一個二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化,可以產(chǎn)生
12
12
個電子的能量;該電池的理論輸出電壓為1.20V,能量密度E=
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
(列式計算.能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量,1kW?h=3.6×106J).

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(2011?揚州三模)二甲醚與水蒸氣重整制氫氣作為燃料電池的氫源,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)?3H2(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能毒害燃料電池Pt電極.請回答下列問題:
(1)CH3OCH3(g)與水蒸氣重整制氫氣的熱化學(xué)方程式為
CH3OCH3(g)+3H2O(g)?6H2(g)+2CO2(g)△H=135kJ?mol-1
CH3OCH3(g)+3H2O(g)?6H2(g)+2CO2(g)△H=135kJ?mol-1

(2)下列采取的措施和解釋正確的是
ABD
ABD
.(填字母序號)
A.反應(yīng)過程在低溫進行,可減少CO的產(chǎn)生
B.增加進水量,有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化,并減少CO的產(chǎn)生
C.選擇在低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.體系壓強升高,對制取氫氣不利,且對減少CO的產(chǎn)生幾乎無影響
(3)在溫度相同的3個密閉容器中,按不同方式投入反應(yīng)物,保持恒溫、恒壓,發(fā)生反應(yīng)①,測得反應(yīng)達到平衡時的有關(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
ABC
ABC
.(填字母序號)
A.a(chǎn)+2c=37    B.α12=1    C.V1>V3   D.c1=2c3
(4)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料,石墨為電極也可直接構(gòu)成燃料電池.該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是
CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O
CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O

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精英家教網(wǎng)以下是對化學(xué)反應(yīng)變化過程及結(jié)果的研究.按要求回答問題:
(1)關(guān)于能量變化的研究已知:
①2CH3OH(1)+3CO2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-akjmol-
②CH3OH(1)+O2(g)=CO(g)+2H2O(1)△-bkjmol -
③H2O(g)=H2O(1)△H=-ckjmol-
則:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=
 
kJ?mol-1
(2)關(guān)于反應(yīng)速率和限度的研究
①已知25℃時有關(guān)弱酸的電離平衡常數(shù):
弱酸化學(xué)式 CH3COOH HCN H2CO
電離平衡常數(shù)(25℃) 1.8×10-5 4.9×10-10 K1=4.3×10-7  K1=5.6×10-11
則等物質(zhì)的量濃度的(l)CH3COONa、②NaCN、③Na2CO3、④NaHCO3溶液的pH由大到小的順序為
 
(填編號)
②已知2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g):△H=-196kjmol,在一個容積為2L的容器中加入2molSO2和lmol O2,在某溫度下充分反應(yīng),經(jīng)過30min達到平衡,放出熱量176.94kJ.如果用SO2表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率,則v(SO2)=
 

③圖為某溫度下,CuS(s)、ZnS(s)、FeS(s)分別在溶液中達到沉淀溶解平衡后,溶液的S2-濃度、金屬陽離子濃度變化情況.如果向三種沉淀中加鹽酸,最先溶解的是
 
.向新生成的ZnS濁液中滴入足量含相同濃度的Cu2+、Fe2+的溶液,振蕩后,ZnS沉淀會轉(zhuǎn)化為
 
(填化學(xué)式)沉淀.
(3)關(guān)于電化學(xué)的研究全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲能電池.其電池總反應(yīng)為:VO2++2H++V2+ 
放電
通電
  V3+VO2++H2O.則充電時陽極反應(yīng)式為
 
,用此電池電解1L 1mol?L-1的CuSO4溶液,當(dāng)轉(zhuǎn)移0.1mol電子時,溶液的pH=
 
(不考慮溶液體積變化).

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為了合理利用化學(xué)能,確保安全生產(chǎn),化工設(shè)計需要充分考慮化學(xué)反應(yīng)的焓變,并采取相應(yīng)措施.化學(xué)反應(yīng)的焓變通常用實驗進行測定,也可進行理論推算.
(1)實驗測得,5g液態(tài)甲醇(CH3OH)在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水時釋放出113.5kJ的熱量,試寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式
2CH3OH(g)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1452.8KJ/mol
2CH3OH(g)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1452.8KJ/mol

(2)依據(jù)蓋斯定律可以對某些難以通過實驗直接測定的化學(xué)反應(yīng)的焓變進行推算.已知熱化學(xué)方程式:
①Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);△H=-25kJ/mol
②3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g);△H=-47kJ/mol
③Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g);△H=+19kJ/mol
寫出FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學(xué)方程式
CO(g)+FeO(s)=Fe(g)+CO2(g)△H=-11KJ/mol
CO(g)+FeO(s)=Fe(g)+CO2(g)△H=-11KJ/mol

(3)甲醇是一種清潔高效的能源,若將甲醇、氧氣和氫氧化鉀溶液設(shè)計成燃料電池,該電池正極反應(yīng)式為:
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-

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二甲醚是一種重要的清潔燃料,也可替代氟利昂作制冷劑等,對臭氧層無破壞作用.工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚(CH3OCH3).
請回答下列問題:
(1)煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H2S用Na2CO3溶液吸收,生成兩種酸式鹽,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:
Na2CO3+H2S═NaHCO3+NaHS
Na2CO3+H2S═NaHCO3+NaHS

(2)利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下:
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ?mol-1
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ?mol-1
總反應(yīng):3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.4kJ?mol-1
-246.4kJ?mol-1

一定條件下的密閉容器中,該總反應(yīng)達到平衡,要提高CO的轉(zhuǎn)化率,可以采取的措施是:
a、c、e
a、c、e
(填字母代號).
a.壓縮體積          b.加入催化劑        c.減少CO2的濃度
d.增加CO的濃度     e.分離出二甲醚(CH3OCH3
(3)已知反應(yīng)②:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ?mol-1
某溫度下的平衡常數(shù)為400.此溫度下,在密閉容器中加入CH3OH,反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下:
物質(zhì) CH3OH CH3OCH3 H2O
濃度(mol?L-1 0.40 0.6 0.6
①比較此時正、逆反應(yīng)速率的大小比較:v
 v (填“>”、“<”或“=”).
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式為K=
c(CH3OCH3)c(H2O)
c2(CH3OH)
c(CH3OCH3)c(H2O)
c2(CH3OH)
 溫度升高,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K
減小
減小
(填“增大”、“減小”或“不變”).

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