Question

【題目】二甲醚（CH3OCH3）被稱(chēng)為“21 世紀(jì)的清潔燃料”。利用甲醇脫水可制得二甲醚，反應(yīng)方程式如下： 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH1

(1)二甲醚亦可通過(guò)合成氣反應(yīng)制得，相關(guān)熱化學(xué)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

則ΔH1＝ ________（用含有ΔH2、ΔH3、ΔH4的關(guān)系式表示）。

(2)經(jīng)查閱資料，上述反應(yīng)平衡狀態(tài)下 Kp 的計(jì)算式為: （Kp 為以分壓表示的平衡常數(shù)，T 為熱力學(xué)溫度）。且催化劑吸附 H2O(g)的量會(huì)受壓強(qiáng)影響，從而進(jìn)一步影響催化效率。)

①在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，CH3OH(g)脫水轉(zhuǎn)化為二甲醚的傾向_______ （填“增大”、“不變”或“減小”）。

②某溫度下（此時(shí) Kp=100），在密閉容器中加入CH3OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的分壓如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
分壓/MPa	0.50	0.50	0.50

此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。�v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

③200℃時(shí)，在密閉容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為 _______（填標(biāo)號(hào)）。

A．＜ B． C．~ D． E．＞

④300℃時(shí)，使 CH3OH(g)以一定流速通過(guò)催化劑，V/F (按原料流率的催化劑量)、壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率影響如圖1所示。請(qǐng)解釋甲醇轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)（壓力）變化的規(guī)律和產(chǎn)生這種變化的原因，規(guī)律__________________________，原因_______________________。

(3)直接二甲醚燃料電池有望大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，工作原理如圖2所示。

①該電池的負(fù)極反應(yīng)式為：_______________。

②某直接二甲醚燃料電池裝置的能量利用率為 50%，現(xiàn)利用該燃料電池電解氯化銅溶液，若消耗 2.3g 二甲醚，得到銅的質(zhì)量為_______ g。

Answer 1

【答案】ΔH4-2ΔH2- ΔH3 減小 ＞ C 規(guī)律：壓強(qiáng)增大，甲醇轉(zhuǎn)化率減小 原因：壓強(qiáng)增大，催化劑吸附水分子的量增多，催化效率降低 CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+ 9.6g

【解析】

(1)結(jié)合已知熱化學(xué)反應(yīng)方程式，根據(jù)蓋斯定律解答；

(2)①根據(jù)溫度對(duì)2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)反應(yīng)的平衡移動(dòng)的影響分析；

②結(jié)合反應(yīng)2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，比較Qp與Kp的大小，確定反應(yīng)進(jìn)行方向，進(jìn)而判斷正、逆反應(yīng)速率的大小；

③200℃時(shí)，根據(jù)（Kp 為以分壓表示的平衡常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度）計(jì)算平衡時(shí)Kp，結(jié)合反應(yīng)2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)判斷達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；

④300℃時(shí)，根據(jù)圖1中曲線隨壓強(qiáng)的變化分析變化規(guī)律；

(3)①該電池為燃料電池，燃料電池中一般燃料做負(fù)極，燃料燃燒生成二氧化碳和水，據(jù)此書(shū)寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)式；

②計(jì)算2.3g 二甲醚完全燃燒時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子守恒計(jì)算生成銅的質(zhì)量。

(1)已知：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

由蓋斯定律可知，③-①×2-②得2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)ΔH1=ΔH4-2ΔH2- ΔH3；

(2)①，則Kp=，溫度越高，越小，越小，即Kp越小，反應(yīng)向逆向進(jìn)行傾向增大，則CH3OH(g)脫水轉(zhuǎn)化為二甲醚的傾向減�。�

②結(jié)合反應(yīng)2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)可知Qp==1＜Kp=100，則反應(yīng)正向進(jìn)行，則v正 ＞v逆；

③200℃時(shí)，根據(jù):＝3.52，則Kp＞1。若反應(yīng)初始投入CH3OH(g)1mol，完全反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O(g)，根據(jù)反應(yīng)比例關(guān)系，CH3OCH3(g)和H2O(g)各占一半，即CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，由于反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)平衡時(shí)，CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)小于；如果平衡時(shí)三種物質(zhì)的含量相同，即均為1/3，由于反應(yīng)前后體積不變，則此時(shí)Kp＝1，因此要使Kp＞1，則CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定大于。答案選C；

④300℃時(shí)，根據(jù)圖1中曲線隨壓強(qiáng)的變化規(guī)律：當(dāng)壓強(qiáng)越大，甲醇轉(zhuǎn)化率減��；根據(jù)反應(yīng)2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不隨壓強(qiáng)的變化發(fā)生移動(dòng)，出現(xiàn)該圖曲線變化的原因是：壓強(qiáng)增大，催化劑吸附水分子的量增多，催化效率降低；

(3)①該電池為燃料電池，燃料電池中一般燃料做負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，燃料燃燒生成二氧化碳和水，結(jié)合裝置如圖 2，負(fù)極反應(yīng)式：CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+；

②負(fù)極反應(yīng)式為CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+，2.3g 二甲醚物質(zhì)的量為=0.05mol，二甲醚燃料電池裝置的能量利用率為50%時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.05mol×12×50%=0.3mol，根據(jù)Cu2++2e-=Cu，則生成銅的物質(zhì)的量=×0.3mol=0.15mol，質(zhì)量為0.15mol×64g/mol=9.6g。