Question

【題目】二甲醚（DME）被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1

回答下列問題：

（1）反應(yīng)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) △H＝____kJ·mol-1。

下列措施中，能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有____。

A．使用合適的催化劑 B．升高溫度 C．增大壓強(qiáng)

（2）將合成氣以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖1所示，下列說(shuō)法正確的是____。

A．△H < 0

B．P1<P2<P3

C．若在P3和316℃時(shí)，起始n(H2)/n(CO)=3，則達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率小于50％

（3）采用一種新型的催化劑（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H2制備二甲醚。觀察圖2回答問題。催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為____時(shí)最有利于二甲醚的合成。

（4）圖3為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖，b電極的電極反應(yīng)式為____。

（5）甲醇液相脫水法制二甲醚的原理是：

CH3OH +H2SO4 → CH3HSO4+H2O，

CH3 HSO4+CH3OH → CH3OCH3+H2SO4。

與合成氣制備二甲醚比較，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，轉(zhuǎn)化率高，其缺點(diǎn)是____。

Answer 1

【答案】 -246.1 C A 2.0 O2+4e-+4H+=2H2O H2SO4腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生

【解析】分析:本題考查蓋斯定律的運(yùn)用，圖像的分析處理，電極反應(yīng)式的書寫和化工原理的分析。

(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；提高CH3OCH3產(chǎn)率，則平衡正向移動(dòng)，根據(jù)影響平衡的因素分析；
(2)A.根據(jù)溫度對(duì)CO的轉(zhuǎn)化率的影響分析;
B.該反應(yīng)正方向?yàn)轶w積減小的方向，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)CO轉(zhuǎn)化率的影響分析；
C.若在P3和316℃時(shí)，起始n(H2)/n(CO)=3，則增大了氫氣的量；
(3)根據(jù)圖中生成二甲醚的最大值分析;
(4)酸性條件下，正極氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
(5)根據(jù)硫酸的性質(zhì)分析。

（1）根據(jù)蓋斯定律，通過(guò)①×2+②+③可得反應(yīng)

3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H＝-246.1kJ·mol-1。

根據(jù)該反應(yīng)特點(diǎn)，下列措施中，A．使用合適的催化劑不能使平衡發(fā)生移動(dòng)；B．升高溫度，平衡左移。C．增大壓強(qiáng)，平衡右移。故能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有C。

因此，本題正確答案是：-246.1 ； C ；
（2）A.由圖可以知道隨溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,說(shuō)明升高溫度平衡逆移,則正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng),故△H < 0，所以A選項(xiàng)是正確的；
B.該反應(yīng)正方向?yàn)轶w積減小的方向，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P1>P2>P3 ,故B錯(cuò)誤;

若在P3和316℃時(shí)，起始n(H2)/n(CO)=3，則增大了氫氣的量,增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大,所以CO轉(zhuǎn)化率大于50％，故C錯(cuò)誤；
因此，本題正確答案是:A;
（3）觀察圖2可知催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為2時(shí)，二甲醚的選擇性最高。

因此，本題正確答案是:2;

（4）從圖3中看出，b電極是氫離子流向的一極，應(yīng)該是正極，得電子，氧氣要在此極上得到電子，根據(jù)電荷守恒，電極反應(yīng)式為 O2+4e-+4H+=2H2O。

因此，本題正確答案是: O2+4e-+4H+=2H2O。

（5）該反應(yīng)有硫酸參加,因?yàn)榱蛩崾菑?qiáng)酸,具有較強(qiáng)的腐蝕性,能腐蝕設(shè)備；
因此，本題正確答案是:H2SO4腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生。