Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效等优良的性能．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

（1）催化反应室B中CO与H₂合成二甲醚的化学方程式为

2CO+4H₂

催化剂 .

△

CH₃OCH₃+H₂O

．
（2）催化反应室A中发生的反应为：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…（I）
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）…（Ⅱ）
催化反应室C中发生的反应为：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）…（Ⅲ）
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）…（Ⅳ）
①已知：原子利用率=

预期产物的相对分子质量

全部生成物质的相对分子质量总和

×100%，试求反应（Ⅳ）的原子利用率为

64%

．
②反应（Ⅳ）的△S

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③在压强为5MPa，体积为VL的反应室c中，amol CO与20mol H₂在催化剂作用下发生反应（Ⅲ）生成甲醇，CO的’转化率与温度的关系如图．则该反应的△H

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．300℃时该反应的平衡常数K=

a1V2

4a2(1-a1)

（用含字母的代数式表示）．
（3）我国某科研所提供一种碱性“直接二甲醚燃料电池”．该燃料电池负极的电极反应式为：
CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO^2-₃+11H₂O．有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫（体积分数为x）废气的方法如下：
①将含SO₂的废气通入电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；
②将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸；
③将盐酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂气体回收．
用上述碱性“直接二甲醚燃料电池”电解食盐水来处理标准状况下VL的废气，计算消耗二甲醚的质量

23V

134.4

g

．

Answer 1

分析：（1）依据流程分析，催化反应室B中CO与H₂生成二甲醚和水；
（2）①依据原子利用率的计算方法计算得到；
②反应前后气体体积缩小；
③依据图象分析，随温度升高，一氧化碳转化率减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应；依据平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
（3）依据化学反应转化关系，热量电池电极饱和氯化钠溶液生成的氢氧化钠吸收二氧化硫，结合电子守恒进行计算；

解答：解：（1）催化反应室B中CO与H₂生成二甲醚和水，反应的化学方程式为：2CO+4H₂

催化剂 .

△

CH₃OCH₃+H₂O；
故答案为：2CO+4H₂

催化剂 .

△

CH₃OCH₃+H₂O；
（2）①原子利用率=

预期产物的相对分子质量

全部生成物质的相对分子质量总和

×100%，反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的原子利用率=

32

44+6

×100%=64%；
故答案为：64%；
②反应是气体体积减小的反应，熵变小于0；
故答案为：＜；
③依据图象CO的转化率与温度的关系分析，随温度升高，一氧化碳转化率减小，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应，△H＜0；依在压强为5MPa，体积为VL的反应室c中，amol CO与20mol H₂在催化剂作用下发生反应（Ⅲ）生成甲醇，300°C一氧化碳的转化率为a₁列式：
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  

a

V

      

20

V

        0
变化量（mol/L） 

a

V

×a₁    2×

a

V

×a₁   

a

V

×a₁
平衡量（mol/L）

a

V

-

a

V

×a₁    

20

V

-2×

a

V

  

a

V

×a₁

平衡常数K=

( a V ×a1)

a V - a V ×a1×( 20 V - 2a V )2

=

a1V2

4a2(1-a1)

；
故答案为：

a1V2

4a2(1-a1)

；
（3）CH₃OCH₃一12e^一+16OH^一=2CO^2-₃+11H₂O，2H⁺+2e-=H₂↑，2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，SO₂+NaOH=NaHSO₃，得到CH₃OCH₃～12SO₂，依据条件计算，设二甲醚质量为X；
CH₃OCH₃～12SO₂
46       12mol
x          

V

22，4

mol
x=

23V

134.4

g；
故答案为：

23V

134.4

g

点评：本题考查了热化学方程式的书写方法，化学平衡的分析判断，平衡常数计算应用，原电池、电解池原理中的电子守恒计算，题目难度中等．