Question

【題目】二甲醚（CH3OCH3）和甲醇（CH3OH）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如圖：

（1）催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為___。

（2）催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……（Ⅰ）

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……（Ⅱ）

催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)（Ⅳ）的原子利用率為___。

②反應(yīng)（Ⅳ）的△S___0（填“＞”、“＝”或“＜”）。

③在壓強(qiáng)為5MPa，體積為V L的反應(yīng)室c中，a mol CO與2a mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)（Ⅲ）生成甲醇，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖。則該反應(yīng)的△H___0（填“＞”、“＝”或“＜”）。300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___（用含字母的代數(shù)式表示）。

（3）我國(guó)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(fù)極的電極反應(yīng)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?jǐn)?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(yīng)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(lái)處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下V L的廢氣，計(jì)算消耗二甲醚的質(zhì)量___。（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

【答案】2CO+4H2=CH3OCH3+H2O 64% < < g

【解析】

（1）催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚，由元素守恒可知有水生成，反應(yīng)方程式為：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O；

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

②反應(yīng)（Ⅳ）是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，故△S<0；

③由圖開(kāi)始，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H<0；

300℃平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為α1，則：

CO（g）+2 H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：a 2a 0

變化量（mol）：aα1 2aα1 aα1

平衡量（mol）：a（1-α1） 2a（1-α1） aα1

平衡常數(shù)K===；

（3）含二氧化硫的廢氣為VL，二氧化硫體積分?jǐn)?shù)為x，則含有二氧化硫體積為Vx L；電解飽和食鹽水時(shí)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(yīng)為SO2+ OH-= HSO3-，由整個(gè)過(guò)程、結(jié)合電子轉(zhuǎn)移守恒可得關(guān)系式CH3OCH3～12e－～12OH-～12SO2，設(shè)消耗二甲醚的質(zhì)量為m，則：

CH3OCH3～12SO2

46g 12×22.4L

m Vx L

所以m==g。