Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的精细化工产品，被认为是二十一世纪最有潜力的燃料[ 已知：CH₃OCH₃(g)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+3H₂O(1)  △H＝－1455kJ/mol ]。同时它也可以作为制冷剂而替代氟氯代烃。工业上制备二甲醚的主要方法经历了三个阶段：

①甲醇液体在浓硫酸作用下或甲醇气体在催化作用下直接脱水制二甲醚；2CH₃OHCH₃OCH₃＋H₂O

②合成气CO与H₂直接合成二甲醚：3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)   △H＝－247kJ/mol

③天然气与水蒸气反应制备二甲醚。以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇工业流程如下：

（1）写出CO(g)、H₂(g)、O₂(g)反应生成CO₂(g)和H₂O(1)的热化学方程式（结果保留一位小数）                                                 。

（2）①方法中用甲醇液体与浓硫酸作用直接脱水制二甲醚，尽管产率高，但是逐步被淘汰的主要原因是                                         。

（3）在反应室2中，一定条件下发生反应3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)在密闭容器中达到平衡后，要提高CO的转化率，可以采取的措施是      。

A．低温高压    B．加催化剂    C．增加CO浓度    D．分离出二甲醚

（4）在反应室3中，在一定温度和压强条件下发生了反应：3H₂(g)＋CO₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O (g)  △H＜0反应达到平衡时，改变温度（T）和压强（P），反应混合物CH₃OH“物质的量分数”变化情况如图所示，关于温度（T）和压强（P）的关系判断正确的是    （填序号）。

A．P₃＞P₂   T₃＞T₂       B．P₂＞P₄   T₄＞T₂

C．P₁＞P₃   T₁＞T₃        D．P₁＞P₄   T₂＞T₃

（5）反应室1中发生反应：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)  △H＞0写出平衡常数的表达式：                           。如果温度降低，该反应的平衡常数                   。（填“不变”、“变大”、“变小”）

（6）如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。则a电极的反应式为：________________。

Answer

（1）CO(g)＋H2(g)＋O2(g) CO2(g)＋H2O(l)  △H＝—567.3kJ/mol（2分）

（2）浓硫酸对设备腐蚀性严重，环境污染严重，操作条件恶劣。（2分）

（3）AD（2分）

（4）C D（2分）

（5）k＝（2分），变小（1分）

（6）CH3OCH3－12e－+16OH－＝2CO32－+11 H2O（3分）

【解析】

考点分析：（1）已知CH3OCH3(g)+3O2(g)＝2CO2(g)+3H2O(1)  △H＝－1455kJ/mol，

3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)   △H＝－247kJ/mol由盖斯定律两个方程式合并得

H2(g)＋CO(g) +O2(g) H2O(1)＋CO2(g)  △H＝—567.3kJ/mol。

（2）中考虑到用到浓硫酸，会对设备有所损坏，且环境污染严重，操作条件恶劣。

（3）结合反应特点，可以加压或降温，或分离出产品，均能增大CO的转化率。

（4）由方程式3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O (g)  △H＜0可知，增大压强或降低温度有利于反应向正反应方向进行，P1 >P2 >P3 >P4  ,T1 >T2 >T3 >T4所以CD正确。

（5）化学平衡常数的表达式为k＝，因为正反应吸热，所以降温，平衡向逆反应方向移动，平衡常数变小。

（6）由图可知，原电池的电解质溶液为KOH溶液，碱性；a极为原电池的负极，电极反应式为

CH3OCH3－12e－+16OH－＝2CO32－+11 H2O，b极为正极，电极反应式为O2+2H2O－4e－=4 OH－.

考点：热化学方程式的书写、化学反应平衡的移动、平衡常数、及原电池原理。