Question

29.二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，它清潔、高效，具有優(yōu)良的環(huán)保性能。四川是利用天然氣生產(chǎn)二甲醚的重要基地之一。

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（l）與二甲醚相對(duì)分子質(zhì)量相等且元素種類相同的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是：_________________________。

（2）二甲醚可由合成氣（CO+H₂）在一定條件下制得。用合成氣制二甲醚時(shí)，還產(chǎn)生了一種可參與大氣循環(huán)的無機(jī)化合物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式可能是：______________________________。

（3）以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池。該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是：______________________________________________________。  

（4）制備二甲醚的合成氣可由甲烷與水蒸氣或二氧化碳經(jīng)高溫催化反應(yīng)制得。合成氣除制二甲醚外，還可用于冶煉金屬，用它冶煉鐵的生產(chǎn)過程可示意如下：

①在催化反應(yīng)室中進(jìn)行的反應(yīng)均為可逆反應(yīng).增大體系的壓強(qiáng)對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響是__________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

②在上述煉鐵過程的某時(shí)間段內(nèi)，若有x m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的甲烷進(jìn)入燃燒室中充分燃燒，還原反應(yīng)室有5 y kg（即×10³mol）鐵生成，假設(shè)燃燒室與還原反應(yīng)室產(chǎn)生的高溫尾氣全部進(jìn)人催化反應(yīng)室，則這些高溫尾氣在理論上可產(chǎn)生合成氣_______m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

Answer 1

（1）CH₃CH₂OH、HCOOH

（2）3CO+3H₂＝CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂＝CH₃OCH₃+H₂O

（3）CH₃OCH₃+16OH^--12e^-＝2+11H₂O

（4）①減小　②12(x+y）

解析：本題以二甲醚為載體，考查考生綜合應(yīng)用同分異構(gòu)體，原電池及化學(xué)平衡等內(nèi)容解決實(shí)際問題的能力。

(1)由于醇與等碳原子數(shù)的醚為同分異構(gòu)體，顯然相對(duì)分子質(zhì)量相等，C₂H₅OH符合條件，由于1 mol O的質(zhì)量等于1 mol CH₄的質(zhì)量。1 mol碳的質(zhì)量等于12 mol H的質(zhì)量，在C₂H₆O的基礎(chǔ)上去掉1個(gè)CH₄而同時(shí)增加一個(gè)氧即CH₂O₂應(yīng)符合條件，經(jīng)驗(yàn)證，沒有其他的分子符合題意。

(2)根據(jù)質(zhì)量守恒定律及氧化還原反應(yīng)規(guī)律可得如下符合條件的化學(xué)方程式：3CO+3H₂===CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂===CH₃OCH₃+H₂O。

(3)由原電池原理可知負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)失電子，由于CH₃OCH₃被氧化的產(chǎn)物在堿性溶液中不能存在，故負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)為CO和H₂O，即CH₃OCH₃+16OH^－－12e^－===2CO+11H₂O。

(4)由CH₄+H₂O(g)CO+3H₂①和反應(yīng)CH₄+CO₂2CO+2H₂②知，增大壓強(qiáng)可使上述平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，減少CH₄的轉(zhuǎn)化率。由反應(yīng)CH₄+2O₂CO₂+2H₂O知

x m³的CH₄可產(chǎn)生3x m³的CO₂與H₂O的混合氣體；又由Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂，F(xiàn)e₂O₃+3H₂2Fe+3H₂O知，生成·10³ mol的Fe產(chǎn)生3y m³的高溫尾氣，故由反應(yīng)①②知最后可得合成氣12(x+y) m³。