Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的可燃物，被稱為21世紀的新型能。工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如下：

催化反應(yīng)室中（壓力2.0~10.0MPa，溫度300℃）進行下列反應(yīng)：

（Ⅰ）CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1=-90.7kJ·mol-1

（Ⅱ）2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5kJ·mol-1

（Ⅲ）CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2kJ·mol-1

（1）催化反應(yīng)室中的總反應(yīng)：3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)

①該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=__________。

②催化反應(yīng)室中采用300℃的反應(yīng)溫度，理由是______________________________。

（2）已知：反應(yīng)（Ⅰ）在300℃時的化學平衡常數(shù)為0.27。該溫度下將2molCO、3molH2和2molCH3OH充入容積為2L的密閉容器中，此時反應(yīng)將__________（填“正向進行”、“逆向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）。

（3）上述流程中二甲醚精制的實驗操作名稱為____________________。

（4）如圖為綠色電“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖。

①該電池工作時，H+向__________極移動（填“正”或“負”）；

②a電極的電極反應(yīng)式為________________________________________。

Answer 1

【答案】 （1）①-246.1KJ/mol， 提高化學反應(yīng)速率 逆向進行 蒸餾 正 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+

【解析】(1)①已知：(Ⅰ)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol，(Ⅱ)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol，(Ⅲ)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol，由蓋斯定律可知，Ⅰ×2+Ⅱ+Ⅲ得3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H= -246.1kJ/mol；

②反應(yīng)放熱，高溫不利用原料的利用，溫度低原料利用率高，但反應(yīng)較慢，不利于實際生產(chǎn)，采用300℃的反應(yīng)溫度，目的(保證催化劑的活性最大)，提高化學反應(yīng)速率；

(2)該溫度下將2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容積為2L的密閉容器中，此時c(CO)=1mol/L，c(H2)=1.5mol/L，c(CH3OH)=1mol/L，濃度商Qc==0.44，大于平衡常數(shù)0.27，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進行；

(3)二甲醚、乙醇、水為互溶的液體，沸點不同，采取蒸餾的方法將二甲醚分離；

(4)①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)，氧氣在正極放電，由圖可知，氫離子移向b電極，b電極正極；

②a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。