Question

二甲醚被称为“21世纪的清洁燃料”。利用甲醇脱水可制得二甲醚。反应方程式如下：2CH₃OH(g)≒CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) ΔH₁

(1) 二甲醚亦可通过合成气反应制得，相关热化学方程式如下：2H₂(g)+CO(g)≒CH₃OH(g) ΔH₂

CO(g)+H₂O(g)≒CO₂(g)+H₂(g) ΔH₃ 3H₂(g)+3CO(g)≒CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) ΔH₄

则ΔH₁=__________________(用含有ΔH₂、ΔH₃、ΔH₄的关系式表示)．

(2)经查阅资料，上述甲醇脱水反应平衡常数Kp的计算式为lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)  (Kp为以分压表示的平衡常数，T为热力学温度)，且催化剂吸附H₂O(g)的量会受压强影响，从而进步影响催化效率。

①在一定温度范围内，随温度升高，CH₃OH(g)脱水转化为CH₃OCH₃(g)的倾向__________ (填“增大”、“不变”或“减小”)，ΔH₄________2ΔH₂+ΔH₃ (填“>”、<”或“=”)。

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
分压/MPa	0.50	0.50	0.50

②某温度下(此时Kp=100)，在密闭容器中加入一定量CH₃OH，某时刻测得各组分的压如下：

此时正、逆反应速率的大小：V_正____V_逆(填“>”、“<”或“=”)。

③200℃时，在密闭容器中加入一定量CH₃OH，反应到达平衡状态时，体系中CH₃OCH₃(g)的物质的量分数为__________(填序号).

A．< 1/3  B．1/3   C．1/3~1/2  D．1/2   E．> 1/2

④300℃时，使CH₃OH(g)以一定流速通过催化剂，V/F(按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请简述在上述条件下，压强对甲醇转化率影响的规律，并解释变化原因__________。

(3)直接二甲醚燃料电池有望大规模商业化应用，工作原理如图2所示。

①负极的电极反应式为__________。

②现利用该电池电解CuC1₂溶液，当消耗2.3g二甲醚时，电解所得铜的质量为_________g(设电池的能量利用率为50%)。

Answer

ΔH 4-2ΔH2 -ΔH 3 减小 < > C 规律：其他条件不变时，随压强（压力）增大，甲醇转化率降低,原因：压强增大，催化剂吸附水分子的量增多，催化效率降低，相同时间里转化量减少，甲醇转化率降低。 （说明：如规律写错，解释不给分） CH3OCH3—12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+ 9.6

【解析】

(1)根据盖斯定律计算；

(2)①lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，升高温度lnKp减小，则Kp减小，平衡逆向移动；

②Qp与Kp的关系判断；

③根据lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，计算Kp，若催化剂对水蒸气无影响时和催化剂对水蒸气有影响计算P(CH3OCH3)及 CH3OCH3(g)的物质的量分数；

④根据图像可知，温度相同时，随压强的增大，甲醇转化率降低，压强增大，催化剂吸附H2O(g)的量会受压强影响；

(3)①二甲醚燃料电池中，二甲醚失电子，化合价升高，作电池的负极，电解质溶液显酸性，则生成二氧化碳和氢离子；

②根据转移电子数目守恒计算。

(1)①2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g) ΔH2 ②CO(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+H2(g) ΔH3 ③3H2(g)+3CO(g) ⇌CH3OCH3(g) +CO2(g) ΔH4，根据盖斯定律，③-②-2①，可得2CH3OH(g) ⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1=ΔH4-2ΔH2 -ΔH 3；

(2)①lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，升高温度lnKp减小，则Kp减小，平衡逆向移动，转化成CH3OCH3(g)的倾向减小；ΔH1＜0，则ΔH4＜2ΔH2 -ΔH 3；

②Qp= ==1＜100，平衡正向进行，则V正＞V逆；

③若初始投入的甲醇完全反应时，生成等量的二甲醚和水，二甲醚占据的物质的量分数为；lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，温度为200℃时，Kp=33.78，若催化剂对水蒸气无影响时，且P(CH3OH)=1，则P(CH3OCH3)=5.8，压强之比等于物质的量之比，CH3OCH3(g)的物质的量分数为=0.46，答案为C；

④根据图像可知，温度相同时，随压强的增大，甲醇转化率降低，压强增大，催化剂吸附H2O(g)的量会受压强影响，导致催化剂吸附水分子的量增多，催化效率降低，相同时间里转化量减少，甲醇转化率降低。

(3)①二甲醚燃料电池中，二甲醚失电子，化合价升高，作电池的负极，电解质溶液显酸性，则生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OCH3-12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+；

②消耗2.3g二甲醚时，转移电子的物质的量为0.05×12=0.6mol，铜离子得电子生成单质铜，生成=0.15molCu，即9.6g。