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

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(yīng)如下：CH4(g)＋O2(g)CO(g)＋2H2(g) ΔH＝－35.6 kJ/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ΔH＝___________。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】自發(fā) －246.1 kJ/mol > CO、H2、甲醇和水 正

【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(yīng)；△H-T△S＞0，是非自發(fā)進行的反應(yīng)；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到熱化學(xué)方程式進行計算應(yīng)用；催化反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)條件是壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃；結(jié)合化學(xué)平衡影響因素分析判斷；
（3）依據(jù)反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物是可以循環(huán)利用的物質(zhì)；
Ⅱ、反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，b為正極，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子。

Ⅰ.(1)反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量增大，混亂度增加，熵增大，ΔS>0，由復(fù)合判據(jù)得該反應(yīng)能自發(fā)進行。

(2)反應(yīng)3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)可利用題給的三個反應(yīng)，將①×2＋②＋③得到，則ΔH＝－90.7 kJ/mol×2＋(－23.5 kJ/mol)＋(－41.2 kJ/mol)＝－246.1 kJ/mol；因為催化反應(yīng)室中的溫度低于830℃，溫度降低，反應(yīng)③的平衡向正反應(yīng)方向移動，故K>1.0。

(3)從流程圖中可以看出排出的物質(zhì)CO、H2、甲醇和水在反應(yīng)①、②、③中可以作為反應(yīng)物，故均可以循環(huán)利用。

Ⅱ.燃料電池中通入O2的一極發(fā)生還原反應(yīng)，即b電極是正極。