Question

【题目】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(压强2.0～10.0 MPa，温度230～280℃)进行下列反应：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=－90.7 kJ/mol ①

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=－23.5 kJ/mol ②

CO(g)+H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=－41.2 kJ/mol ③

(1)甲烷氧化可制得合成气，反应如下：CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) ΔH=－35.6 kJ/mol。该反应是____________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ΔH＝ _____________。该反应的平衡常数表达式为：_______；在830℃时K＝1.0，则在催化反应室中该反应的K______1.0(填“>”、“<”或“＝”)。

(3)上述反应中，可以循环使用的物质有__________。

Ⅱ.如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。

a电极是________极，其电极反应方程式为_________________。

Answer 1

【答案】自发 －246.1 kJ/mol > CO、H2、甲醇和水 负 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+

【解析】

Ⅰ.(1)依据自发进行的判断依据为△H-T△S＜0，是自发进行的反应；△H-T△S＞0，是非自发进行的反应；

(2)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式；根据化学平衡常数的含义可得其表达式；催化反应室内的反应条件是压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃；结合影响化学平衡的因素分析判断；

(3)依据反应过程中的中间产物是可以循环利用的物质；

Ⅱ.反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，O2在正极发生还原反应，氧气在正极放电，由图中H+的移动方向知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子。

I．(1)甲烷氧化可制合成气：CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)，△S＞0，△H＜0，△H-T△S＜0，因此反应能自发进行；

(2)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) ΔH=－90.7 kJ/mol

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=－23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=－41.2 kJ/mol

依据盖斯定律①×2+②+③得到：3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH=-246.1kJ/mol；由于化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时，各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比，则该反应的化学平衡常数表达式为K=；

在830℃时反应的K=1.0，在催化反应室中，压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃，温度降低，平衡向正反应方向移动，因此反应的K增大；

(3)依据催化反应室中(压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃)进行下列反应，

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=－90.7 kJ/mol

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=－23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=－41.2 kJ/mol

甲醇和水是中间产物，结合生产流程，CO、H2也可以部分循环，故可以循环利用的物质CO、H2、甲醇和水。

II.在该燃烧电池中，根据H+的移动方向可知，通入二甲醚的a电极为负极，二甲醚在负极失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。