Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細化工產(chǎn)品，被認為是二十一世紀(jì)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(jīng)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(yīng)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(yīng)生成CO₂(g)和H₂O(1)的熱化學(xué)方程式（結(jié)果保留一位小數(shù)）                                                 。

（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(chǎn)率高，但是逐步被淘汰的主要原因是                                         。

（3）在反應(yīng)室2中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)室3中，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應(yīng)：3H₂(g)＋CO₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O (g)  △H＜0反應(yīng)達到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應(yīng)混合物CH₃OH“物質(zhì)的量分數(shù)”變化情況如圖所示，關(guān)于溫度（T）和壓強（P）的關(guān)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(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)  △H＞0寫出平衡常數(shù)的表達式：                           。如果溫度降低，該反應(yīng)的平衡常數(shù)                   。（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(yīng)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(shè)備腐蝕性嚴(yán)重，環(huán)境污染嚴(yán)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(shè)備有所損壞，且環(huán)境污染嚴(yán)重，操作條件惡劣。

（3）結(jié)合反應(yīng)特點，可以加壓或降溫，或分離出產(chǎn)品，均能增大CO的轉(zhuǎn)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(yīng)向正反應(yīng)方向進行，P₁ >P₂ >P₃ >P_{4  ,}T₁ >T₂ >T₃ >T₄所以CD正確。

（5）化學(xué)平衡常數(shù)的表達式為k＝，因為正反應(yīng)吸熱，所以降溫，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)變小。

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

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

考點：熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)平衡的移動、平衡常數(shù)、及原電池原理。