Question

【题目】二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下:

①

②

③

回答下列问题:

(1)反应的=_________。

(2)在不同温度下，按照相同物质的量投料，发生反应①。测得CO的平衡转化率与“压强的关系如图1所示，下列说法正确的是________(填序号).

A.反应温度:

B.混合气体密度:

C.混合气体平均摩尔质量:

D.反应容器的体积关系:

(3)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。由图2可知，催化剂中约为______时最有利于二甲醚的合成。

(4)高温时二甲醚蒸气发生分解反应: 。迅速将二甲醚引人一个504℃的抽成真空的瓶中，在不同时刻测定瓶内压强p总如下表:

①该反应达到平衡状态时，二甲醚的转化率为___________。

②该反应的平衡常数Kp=_____。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压X物质的量分数)

(5)一种以二甲醚作为燃料的燃料电池的工作原理如图3所示。其负极的电极反应式为___________。

Answer 1

【答案】-246.1 BD 2.0 50% 625 kPa）2

【解析】

（1）已知①CO（ g）+2H2（g）=CH3OH（ g）△H1=-90.7kJ/mol，

②2CH3OH（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-23.5kJ/mol，

③CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H3=-41.2kJ/mol，

根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H2（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H= -246.1kJ/mol；

（2）A、H<0，为放热反应，降低温度平衡正向移动，CO的转化率增大，则反应温度：T1<T2，选项A错误；

B、由m=ρV结合混合气体的质量、体积可知，混合气体的质量不变,容器体积不变，因此混合气体密度：ρ(x) =ρ(w)，选项B正确；

C、y、z比较，y点CO转化率大，则平衡时混合气体的总物质的量小， y点对于气体的物质的量小，则混合气体的平均摩尔质量： M(y) >M(z)，选项C错误；

D、w、y点温度相同，压强w<y，增大压强，平衡向气体体积缩小的正反应方向移动，y点的总物质的量减小，反应容器的体积较小，选项D正确；

答案选BD；

（3）由图可知，催化剂中约为2.0时，CO转化率较大，转化率选择性最大，最有利于二甲醚的合成，故答案为：2.0；

（4）设起始充入的CH3OCH3物质的量为amol，从起始到平衡转化CH3OCH3物质的量为xmol，用三段式：CH3OCH3CH4+CO+H2

n（起始）（mol） a 0 0 0

n（转化）（mol） x x x x

n（平衡）（mol） a-x x x x

根据表中数据，起始时P总为50.0kPa，40min和50min时P总相等，平衡时P总=100kPa，则=，解得x=，

①该反应达到平衡状态时，二甲醚的转化率为；

②平衡时CH3OCH3、CH4、CO、H2物质的量都为mol，各物质物质的量分数都为，平衡时CH3OCH3、CH4、CO、H2的分压都为100kPa=25kPa，该反应的平衡常数Kp===625kPa2；

（5）根据装置图，该二甲醚燃料电池中电解质为酸性，在负极二甲醚发生氧化反应生成CO2，负极电极反应式为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。