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甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,它清洁、高效、具有优良的环保性能,甲醚是一种无色气体,具有轻微的醚香味,其燃烧热为1455 kJ/mol,甲醚可作燃料电池的燃料。工业上用合成气(CO、H2)直接或间接制取甲醚。

   (1)写出甲醚燃烧的热化学方程式                                       

 
   (2)已知H2(g)和C(s)的燃烧热分别是285.8 kJ·mol-1、393.5 kJ·mol-1;计算反应4C(s)+6H2(g)+O2(g)==2CH2OCH3(g)的反应热为               

   (3)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极

可构成燃料电池。该电池的负极反应式为       

            

从能量角度分析甲醚用作燃料电池与直接燃烧相比

主要的优点是       

   (4)用(3)中的燃料电池为电源,以石墨为电极电解

500 mL滴有酚酞的:NaCl溶液,装置如图所示:

①请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象

                                     

②当燃料电池消耗2.8 LO2(标准状况下)时,计算

此时:NaCl溶液的pH=        (假设溶液的体积不变,气体全部从溶液中逸出)。

 

【答案】

 

   (1)CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) △H1=—1455kJ/mol(2分)

   (2)△H=—378.8kJ/mol(2分)

   (3)CH3OCH3+16OH12e-=2CO2-3+11H2O(2分)燃料电池的能量转换效率高(1分)

   (4)Y电极附近溶液中有气体产生,上部分呈黄绿色(2分)

    14(2分)

 

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:

(2009?静安区二模)甲醚(CH3OCH3)是一种新型的合成“柴油”,它可由天然气(体积分数:CO2为5%,CH4为95%)合成.合成甲醚主要步骤为造气和合成.过程如下(气体体积均在同温同压下测定;氧气由空气提供,其中N2和O2的体积比为4:1;不考虑CO与水的反应;各步反应转化率均为100%):

(1)若造气得到的气体只含CO和H2,该混合气体中,碳元素的质量分数为a%,则氢元素的质量分数为
(100-2.33a)
(100-2.33a)
%(用含a的式子表示).
(2)造气时每使用100m3天然气,应同时通入水蒸气
10
10
m3、空气
200
200
m3,才能保证合成时CO与H2的体积比为1:2;合成甲醚后,有
50
50
m3的水蒸气可参加循环生产.
(3)若只用天然气和空气造气,合成后得到的蒸气成分如下表:
气体 CH3OCH3 H2O N2 A
体积(m3 95 95 x y
则A气体的分子式为
CO
CO
; x=
360
360

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科目:高中化学 来源: 题型:

(2011?如皋市模拟)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型能源,它清洁、高效、具有优良的环保性能.
Ⅰ.工业制备二甲醚的生产流程如下:

催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
(1)甲烷氧化可制合成气:CH4(g)+
12
O2(g)?CO(g)+2H2(g)△H=-35.6kJ/mol,该反应是
自发
自发
反应(填“自发”或“非自发”).
(2)催化反应室中总反应3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.1kJ/mol
-246.1kJ/mol
.830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”)
(3)上述流程中,可循环使用的物质有
CO、H2、甲醇和水
CO、H2、甲醇和水

Ⅱ.如图为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图.
(1)b电极是
极.
(2)a电极的反应式为
(CH32O-12e-+3H2O═2CO2+12H+
(CH32O-12e-+3H2O═2CO2+12H+

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源.由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(Ⅰ)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.1kJ?mol-1
(Ⅱ)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-49.0kJ?mol-1
水煤气变换反应:
(Ⅲ)CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2 (g)△H3=-41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反应:
(Ⅳ)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ?mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一.工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是
Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4,NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4,NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
(以化学方程式表示).
(2)分析二甲醚合成反应(Ⅳ)对于CO转化率的影响
消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO
消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO

(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
.根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响
该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大
该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大

(4)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示.其中CO转化率随温度升高而降低的原因是
反应放热,温度升高,平衡左移
反应放热,温度升高,平衡左移

(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度等于甲醇直接燃料电池(5.93kW?h?kg-1).若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生
12
12
个电子的能量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
(列式计算.能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW?h=3.6×106J).

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型能源,是一种高效、清洁能源.
Ⅰ.工业制备二甲醚的生产流程如下:
催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)发生如下反应:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
(1)二甲醚也可以通过天然气和CO2合成制得,该反应的化学方程式为
3CH4+CO2→2CH3OCH3
3CH4+CO2→2CH3OCH3

(2)催化反应室中总反应3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.1kJ/mol
-246.1kJ/mol
,830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(3)在温度相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒压,发生反应②,测得反应达到平衡时的有关数据如下.
容器
反应物投入量 1mol CH3OCH3、1mol H2O 2mol CH3OH 1mol CH3OH
CH3OH的浓度(mol/L) c1 c2 c3
反应的能量变化 吸收a kJ 放出b kJ 放出c kJ
平衡时体积(L) V1 V2 V3
反应物转化率 α 1 α 2 α 3
下列说法正确的是
A、B、C
A、B、C
.(填字母序号)
A.a+2c=23.5        B.α12=1        C.V1>V3       D.c1=2c3
(4)上述生产流程中,可以循环使用的物质有
甲醇和水、CO和H2
甲醇和水、CO和H2

Ⅱ.用二甲醚-空气碱性(KOH)燃料电池作电源电解精炼粗铜(如图),在接通电路一段时间纯Cu质量增加3.2g.

(5)请写出燃料电池中的负极反应式:
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O

(6)燃料电池正极消耗标准状况下空气的体积是
2.8L
2.8L
(空气中O2体积分数以20%计算).

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科目:高中化学 来源: 题型:

(2012?丹东模拟)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,在未来可能替代汽油、液化气、煤气等并具有优良的环保性能.工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
(1)若要增大反应①中H2的转化率,在其它条件不变的情况下可以采取的措施为
B C
B C

A.加入某物质作催化剂
B.加入一定量CO
C.反应温度降低
D.增大容器体积
(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L,5min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5min内CO的平均反应速率为
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,a=
5.4
5.4
mol/L.
(3)催化反应室中总反应3CO(g)+3H2(g)═CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.1 kJ?mol-1
-246.1 kJ?mol-1
;830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(4)二甲醚的燃烧热为1455kJ?mol-1,则二甲醚燃烧的热化学方程式为
CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455 kJ?mol-1
CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455 kJ?mol-1

(5)“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源,其工作原理如图所示.写出a电极上发生的电极反应式
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+

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