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二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、C...

二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:

甲醇合成反应:

()CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)    ΔH1=-90.1 kJ·mol1

()CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g)    ΔH2=-49.0 kJ·mol1

水煤气变换反应:

()CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)    ΔH3=-41.1 kJ·mol1

二甲醚合成反应:

()2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)    ΔH4=-24.5 kJ·mol1

回答下列问题:

(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是____________________________________________(以化学方程式表示)

(2)分析二甲醚合成反应()对于CO转化率的影响

________________________________________________________________________

(3)有研究者在催化剂(Cu­Zn­Al­OAl2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由H2CO直接制备二甲醚,结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________________________

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(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________

_____________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E_______________(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h3.6×106 J)

 

(1)Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4、NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3、2Al(OH)3Al2O3+3H2O (2)消耗甲醇,促进甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO (3)反应放热,温度升高,平衡左移 (4)CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e- 12 ÷(3.6×106J·kW-1·h-1)=8.39 kW·h·kg-1 【解析】本题考查了物质的工业制备原理、热化学及电化学知识,意在考查考生综合分析问题和解决问题的能力。(1)工业上用铝土矿制备较高纯度Al2O3的方法是先用NaOH溶解铝土矿得到NaAl(OH)4(或NaAlO2)溶液,然后再向溶液中通入过量CO2得到Al(OH)3沉淀,最后加热Al(OH)3即可得到Al2O3。(2)与CO转化有关的反应有反应(ⅰ)、反应(ⅲ),这两个反应中的甲醇、H2O又出现在反应(ⅳ)中,故当反应(ⅳ)消耗甲醇时,有利于反应(ⅰ)向右进行,提高CO转化率;当反应(ⅳ)中生成较多的水时,能促使反应(ⅲ)向右进行, 提高CO转化率。(3)由于CO与H2直接制备二甲醚的反应是一个放热反应,因此温度升高,反应向逆反应方向移动,从而使CO的转化率降低。(4)放电时,二甲醚中的碳元素转化为CO2,先写出CH3OCH3-12e-―→2CO2,再结合电荷守恒、质量守恒配平后得:CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+。由能量密度单位知,能量密度是指1 kg物质在反应中所能提供的电量,故有1 kg二甲醚物质的量为1 000/46 mol,它共失去的电子为12×1 000/46 mol,故其能量密度为1.20 V×12××96 500 C·mol-1÷(3.6×106J·kW-1·h-1)÷1 kg=8.39 kW·h·kg-1。  
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相关试题推荐

如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题:

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(1)甲烷燃料电池负极反应式为________________________

(2)石墨(C)极的电极反应式为_______________________

(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体的体积为________L;丙装置中阴极析出铜的质量为________ g

(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)

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若用于制漂白液,a为电池的________极,电解质溶液最好用)________________

若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠溶液作电解质溶液,阳极选用________作电极。

 

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脱硫技术能有效控制SO2对空气的污染。

(1)向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO2的含量,该反应的化学方程式是

_______________________________

(2)海水呈弱碱性,主要含有NaKCa2Mg2ClSO42BrHCO3等。含SO2的烟气可利用海水脱硫,其工艺流程如图所示:

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向曝气池中通入空气的目的是_____________________________________

通入空气后曝气池中海水与天然海水相比,浓度有明显不同的离子是________

aCl   bSO42   cBr   dHCO3

(3)NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可得到NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图所示(电极材料为石墨)

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图中a极要连接电源的________(”)极,C口流出的物质是________

SO32放电的电极反应式为____________________________

电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动的原理解释原因:

__________________________________________

 

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为了提高资源利用率,减少环境污染,化工集团将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链,如图所示。

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请填写下列空白。

(1)钛铁矿进入氯化炉前通常采取洗涤、粉碎、烘干、预热等物理方法处理,请从原理上解释粉碎的作用:_______________________________________

已知氯化炉中氯气和焦炭的理论用料物质的量之比为76,则氯化炉中还原剂的化学式是___________________________

(2)已知:Mg(s)Cl2(g)=MgCl2(s)ΔH=-641 kJ/mol

2Mg(s)TiCl4(s)= 2MgCl(s)Ti(s)ΔH=-512 kJ/mol

Ti(s)2Cl2(g)=TiCl4(s) ΔH________

(3)氩气通入还原炉中并不参与反应,通入氩气的作用是___________________________

(4)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为2CH3OH3O24OH=2CO326H2O,该电池中正极上的电极反应式为_________________________________________

工作一段时间后,测得溶液的pH________(减小增大不变”)

 

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煤直接燃烧的能量利用率较低,为提高其利用率,工业上将煤气化(转变成COH2)后再合成乙醇、二甲醚等多种能源。

(1)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。该电池的负极反应式为______________________

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(2)煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚,其反应如下:

2CO(g)4H2(g)满分5 manfen5.comCH3OCH3(g)H2O(g)

同时发生副反应CO(g)2H2(g)满分5 manfen5.comCH3OH(g)CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)

在温度为250 、压强为3.0 MPa时,某工厂按投料比V(H2)V(CO) a进行生产,平衡时反应体系中各组分的体积分数如下表:

物质

H2

CO

CO2

(CH3)2O

CH3OH(g)

H2O(g)

体积分数

0.54

0.045

0.18

0.18

0.015

0.03

 

投料比a________

250时反应CO(g)H2O(g)满分5 manfen5.comCO2(g)H2(g)的平衡常数K________

 

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下图是200 mg MnC2O4·2H2O晶体放在坩埚里加热分解时,所得固体产物的质量(m)随温度(T)变化的曲线(已知草酸锰不稳定,但其中锰元素的化合价在300 以下不变)

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试回答下列问题:

(1)写出B点固体产物的化学式:_________________________________________

(2)B点到C点过程中固体物质质量不变的原因是_____________________________________________________

(3)通过计算确定D点产物的相对分子质量,并推断其合理的化学式:____________

(4)D点到E点过程中固体物质质量增加的原因是___________________________

 

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