Question

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）+O₂（g）⇌CO（g）+2H₂（g）△H=-35.6kJ/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△H=______．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______．
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______．

Answer

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进行计算应用；催化反应室内的反应条件是压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃；结合化学平衡影响因素分析判断；
（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，正极反应还原反应，b为正极，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子．
【解析】
I．（1）甲烷氧化可制合成气：CH4（g）+O2（g）⇌CO（g）+2H2（g）△H=-35.6kJ/mol，△S＞0，△H＜0，；△H-T△S＜0，反应能自发进行，故答案为：自发；
（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）△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
依据盖斯定律①×2+②+③得到：3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.1kJ/mol；
830℃时反应③的K=1.0，则在催化反应室中，压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃，温度降低．平衡正向进行，反应③的K增大；
故答案为：-246.1kJ/mol；＞；
（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）△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
CO、甲醇和水，是中间产物，H2也可以部分循环，故答案为：CO、H2、甲醇和水；
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，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，b为正极，氧气得到电子发生还原反应，故答案为：正；CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+．