【題目】二甲醚(CH3OCH3)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如圖:

1)催化反應室BCOH2合成二甲醚的化學方程式為___。

2)催化反應室A中發(fā)生的反應為:

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(Ⅰ)

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)

催化反應室C中發(fā)生的反應為:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)

①已知:原子利用率=×100%。試求反應(Ⅳ)的原子利用率為___。

②反應(Ⅳ)的△S___0(填“>”、“=”或“<”)。

③在壓強為5MPa,體積為V L的反應室c中,a mol CO2a mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關系如圖。則該反應的△H___0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時該反應的平衡常數(shù)K=___(用含字母的代數(shù)式表示)。

3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。該燃料電池負極的電極反應式為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分數(shù)為x)廢氣的方法如下:

①將含SO2的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;

②將電解飽和食鹽水所得氣體反應后制得鹽酸;

③將鹽酸加入 NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。

用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標準狀況下V L的廢氣,計算消耗二甲醚的質(zhì)量___。(寫出計算過程)

【答案】2CO+4H2=CH3OCH3+H2O 64% < < g

【解析】

1)催化反應室BCOH2合成二甲醚,由元素守恒可知有水生成,反應方程式為:2CO+4H2=CH3OCH3+H2O

2)①由原子利用率定義可知,反應(Ⅳ)的原子利用率=×100%=×100%=×100%=64%

②反應(Ⅳ)是氣體物質(zhì)的量減小的反應,混亂度減小,故△S<0;

③由圖開始,隨溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率減小,說明升高溫度平衡逆向移動,正反應為放熱反應,則△H<0

300℃平衡時CO轉(zhuǎn)化率為α1,則:

COg+2 H2gCH3OHg

起始量(mol):a 2a 0

變化量(mol):1 2aα11

平衡量(mol):a1-α1 2a1-α11

平衡常數(shù)K===;

3)含二氧化硫的廢氣為VL,二氧化硫體積分數(shù)為x,則含有二氧化硫體積為Vx L;電解飽和食鹽水時陰極電極式為:4H2O+4e-=4OH-+2H2,將含SO2的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中發(fā)生的反應為SO2+ OH-= HSO3-,由整個過程、結合電子轉(zhuǎn)移守恒可得關系式CH3OCH312e12OH-12SO2,設消耗二甲醚的質(zhì)量為m,則:

CH3OCH312SO2

46g 12×22.4L

m Vx L

所以m==g。

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