Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）都是高效清洁能源．工业上利用煤的气化产物（水煤气）合成甲醇和二甲醚．回答下列问题：
（1）制备二甲醚最后一步反应由Al₂O₃催化甲醇脱水合成，反应方程式为

 

．
（2）已知：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H=-90.1kJ?mol^-1
CO（g）的燃烧热是282.8kJ?mol^-1；H₂的燃烧热是285.8kJ?mol^-1
写出表示CH₃OH （g） 燃烧热的热化学反应方程式

 

．
（3）二甲醚直接燃料电池比甲醇直接燃料电池更高效，等质量的二甲醚和甲醇完全放电转移电子的物质的量之比是

 

．用二甲醚直接燃料电池电解足量饱和食盐水，当消耗9.2g二甲醚时理论上阴极产生的气体的体积为

 

L．（标况下）
（4）在合成中伴有水煤气交换反应：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），等物质的量的CO（g）和H₂O（g）加入密闭容器中反应，平衡时测得结果如下表．

温度	260℃	280℃	295℃	310℃
CO转化率	89%	80%	75%	60%

①请解释CO转化率随温度变化的关系

 

．
②列式计算280℃时平衡常数

 

．
③若平衡体系中，测得H₂的压强占总压的30%，要使体系中CO转化率达到70%，应该使温度

 

（填“升高”、“降低”、“不变”）

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）甲醇在氧化铝催化剂作用下发生分子间脱水生成二甲醚；
（2）分别写出CO、H₂的燃烧热的热化学方程式，利用盖斯定律可求出CH₃OH燃烧热的热化学方程式；
（3）根据二甲醚和甲醇燃烧的方程式解答；求出9.2g二甲醚转移电子数，串联电路每个电极转移电子守恒，依据电解饱和食盐水时阴极电极反应式求出产生气体的体积；
（4）①依据温度对平衡移动的影响解答；
②列三段求出平衡时各物质浓度带入平衡常数表达式求解；
③列三段求出H₂的压强占总压的30%时，CO的转化率，依据温度对平衡移动的影响解答．

解答： 解：（1）甲醇在氧化铝催化剂作用下发生分子间脱水生成二甲醚和水方程式为：2CH₃OH

氧化铝

CH₃OCH₃+H₂O；
故答案为：2CH₃OH

氧化铝

CH₃OCH₃+H₂O；
（2）CO燃烧的热化学方程式：CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-282.8 kJ?mol^-1 ①
H₂燃烧的热化学方程式：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ?mol^-1 ②
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H=-90.1kJ?mol^-1③
根据盖斯定律：①+②×2-③得甲醇燃烧的热化学方程式：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.4 kJ?mol^-1 ，
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.4 kJ?mol^-1 ；
（3）取mg二甲醚和甲醇则转移电子数关系
CH₃OCH₃+3O₂

点燃

2CO₂+3H₂0，转移电子数
        46                       12mol
        m                        

12m

46

                           
  2CH₃OH+3O₂

燃烧

2CO₂+4H₂O     转移电子数
     64                         12mol                
      m                          

12m

64

            
等质量的二甲醚和甲醇完全放电转移电子的物质的量之比=

12m

46

：

12m

64

=32：23；
故答案为：32：23；
消耗9.2g二甲醚转移电子物质的量为：

12×9.6

46

=2.5（mol）根据串联电路特点则阴极转移电子数为2.5mol
    2H⁺+2e^-=H₂↑
       2mol     22.4L
       2.4mol    V                
V=26.88L
（4）①从图表数据可知随着温度的升高，CO转化率降低，说明CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）是吸热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO转化率降低；
②280℃时，CO转化率为80%，设CO（g）和H₂O（g）均为amol，容器体积为VL
            CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
 起始浓度   

a

V

          

a

V

           0          0
转化浓度    

a

V

×0.8   

a

V

×0.8      

a

V

×0.8  

a

V

×0.8 
平衡浓度

a

V

×0.2         

a

V

×0.2     

a

V

×0.8    

a

V

×0.8

平衡常数K=

[CO2][H2]

[CO][H2O]

=

[    a V ×0.8][ a V  ×0.8]

[  a V ×0.2  ][  a V ×0.2  ]

=16；
故答案为：16；
③设反应消耗CO物质的量为xmol则
                CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
起始时物质的量    a         a           0         0
转化物质的量      x          x           x         x
平衡时物质的量    a-x        a-x         x         x    
根据题意得

x

a-x+a-x+x+x

=30%   x=0.6a   则CO转化率为：

0.6a

a

×100%=60%，要想使CO转化率升高到70%，平衡应向右移动，CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）为放热反应，降低温度平衡向放热方向移动，
故答案为：降低．

点评：本题考查了反应热的计算，热化学方程式的书写，燃料电池原理，化学平衡常数的计算和应用，影响化学平衡移动的因素，题目综合性强，涉及考点均为高考的热点，需要对相应知识有很好的把握，难度较大，是个好题．