Question

【题目】二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟氯代烷作制冷剂，利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

2H2（g）+CO（g）=CH3OH（g） ΔH=-90.8 kJ·mol-1

2CH3OH（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g） ΔH=-23.5 kJ·mol-1

CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） ΔH=-41.3 kJ·mol-1

请回答下列问题。

(1)由 H2和CO直接制备二甲醚的总反应：3H2（g）+3CO（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）的ΔH=________。一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的平衡转化率，可以采取的措施有________（填字母代号）。

a．高温高压 b．加入催化剂 c．分离出CO2

d．增加CO的量 e．分离出二甲醚

(2)某温度下反应2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol·L-1）	0.44	0.6	0.6

①比较此时正、逆反应速率的大小：v正___（填“＞”“＜”或“=”）v逆。

②若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，此时c（CH3OH）=________，该时间段内v（CH3OH）=________。

(3)有研究者在催化剂（含Cu—Zn—Al—O和Al2O3）、压强为5.0 MPa的条件下，在相同时间内测得CH3OCH3产率随温度变化的曲线如图甲所示。其中CH3OCH3产率随温度升高而降低的原因可能是_____________________________________。

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点，可用于电化学降解治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3-的原理如图乙所示。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应式为____________________；若电解过程中转移了2 mol电子，则阳极室减少的质量为_________g。

Answer 1

【答案】-246.4 kJ·mol-1 c、e ＞ 0.04 mol·L-1 0.04 mol·L-1·min-1 290℃之后，反应达平衡，合成二甲醚的正反应放热，温度升高，平衡向逆向移动产率降低（或温度升高，催化剂失活） CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+ 18

【解析】

（1）已知：①2H2（g）+CO（g）=CH3OH（g） ΔH=-90.8 kJ·mol-1

②2CH3OH（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g） ΔH=-23.5 kJ·mol-1

③CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） ΔH=-41.3 kJ·mol-1

根据盖斯定律，①×2+②+③即得到目标方程式的反应热ΔH4=2ΔH1+ΔH2+ΔH3=-246.4 kJ·mol-1；若提高CO的转化率，则需要减少生成物的浓度、增大H2量、降低温度、增大压强等方法，故c、e正确；

（2）该状态下的浓度商Q==1.86＜400，说明平衡需要向正向移动，此时正反应速率大于逆反应速率；设10min内c(CH3OH)的减少量为2x mol/L，根据化学反应式

K=，解得x=0.2，故10min内CH3OH浓度减小0.4mol/L，此时c(CH3OH)=0.04mol/L；这段时间内v(CH3OH)==0.04 mol·L-1·min-1；

（3）升高温度二甲醚的产率升高，但是当温度超过290℃的时候，产率下降，原因可能是290℃之后，反应达平衡，合成二甲醚的正反应放热，温度升高，平衡向逆向移动产率降低；

（4）二甲醚直接燃料电池的总反应是：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O，因电解质溶液是酸性溶液，故负极反应式为CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+；电解过程中Ag-Pt电极的电极方程式为2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O，Pt电极的电极方程式为2H2O-4e-=4H++O2↑，电解过程中转移2mol电子，阳极需要消耗18g水。