Question

（07年四川卷）二甲醚（CH3OCH3）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能。四川是利用天然氣生產(chǎn)二甲醚的重要基地之一。

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（l）與二甲醚相對分子質(zhì)量相等且元素種類相同的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式是：________________________________________________。

( 2 ）二甲醚可由合成氣（CO+H2）在一定條件下制得。用合成氣制二甲醚時(shí)，還產(chǎn)生了一種可參與大氣循環(huán)的無機(jī)化合物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式可能是：________________________________________________。

( 3 ）以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成然料電池。該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是______________________________________。  

( 4 ）制備二甲醚的合成氣可由甲烷與水燕氣或二氧化碳經(jīng)高溫催化反應(yīng)制得。合成氣除制二甲醚外，還可用于冶煉金屬，用它冶煉鐵的生產(chǎn)過程可示意如下：

① 在催化反應(yīng)室中進(jìn)行的反應(yīng)均為可逆反應(yīng)．增大體系的壓強(qiáng)對甲烷轉(zhuǎn)化率的影響是 ___________________________（填“增大”、“減小”或“不變”）。
    ② 在上述煉鐵過程的某時(shí)間段內(nèi)，若有x m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的甲烷進(jìn)入燃燒室中充分燃燒，還原反應(yīng)室有5 y kg（×103mol）鐵生成，假設(shè)燃燒室與還原反應(yīng)室產(chǎn)生的高溫尾氣全部進(jìn)人催化反應(yīng)室，則這些高溫尾氣在理論上可產(chǎn)生合成氣_______________m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

Answer 1

答案：（1）CH3CH2OH、HCOOH

（2）3CO+3H2＝CH3OCH3 +CO2 或2CO+4H2＝CH3OCH3+H2O

（3）CH3OCH3+16OH―－12e－＝2CO32－+11H2O

（4）①減小

     ②12(x + y)

解析：（1）二甲醚（CH3OCH3）的相對分子質(zhì)量為46，它與飽和一元醇乙醇互為同分異構(gòu)體，另飽和一元醇與少一個(gè)碳原子的飽和一元羧酸的相對分子質(zhì)量相等，所以他們的相對分子質(zhì)量與甲酸（HCOOH）的相等。

（2）用合成氣（CO+H2）合成二甲醚時(shí)生成的另一種無機(jī)產(chǎn)物可以用元素守恒法進(jìn)行推斷，若利用氫元素守恒則為3CO+3H2＝CH3OCH3 +CO2，若利用碳元素守恒則為2CO+4H2＝CH3OCH3+H2O 。

（3）構(gòu)成燃料電池的反應(yīng)原理就是將燃料燃燒所釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，其電池的總反應(yīng)方程式與燃燒方程式相似。因此將二甲醚、空氣、KOH溶液構(gòu)成燃料電池，二甲醚時(shí)電子在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，空氣中的氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，KOH溶液做電解質(zhì)溶液。因此正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O4OH－；根據(jù)二甲醚中C元素的化合價(jià)為-2價(jià)，根據(jù)燃料燃燒應(yīng)生成CO2，同時(shí)考慮電解質(zhì)溶液為KOH溶液，因此負(fù)極上二甲醚失去電子應(yīng)生成CO32－，所以有CH3OCH3＋OH－12e－＋CO32－＋H2O，然后利用電荷守恒和元素守恒配平為CH3OCH3＋16OH－12e－＋2CO32－＋11H2O。

（4）根據(jù)題目給出的流程圖可知，在催化反應(yīng)室中發(fā)生的反應(yīng)為CH4＋H2O(g)CO＋3H2……①、CH4＋CO22CO＋2H2……②；在燃燒室中發(fā)生的反應(yīng)為CH4＋2O2CO2＋2H2O(g)……③；在還原反應(yīng)室中發(fā)生的反應(yīng)為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2……④、3H2＋Fe2O32Fe＋3H2O(g)……⑤。

根據(jù)催化反應(yīng)室中發(fā)生地反應(yīng)①、②可知這兩個(gè)反應(yīng)均為氣體體積增大的可逆反應(yīng)，因此增大體系壓強(qiáng)，兩個(gè)化學(xué)平衡均向右移動(dòng)，使CH4的轉(zhuǎn)化率降低。

根據(jù)反應(yīng)③可知x m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的甲烷燃燒后生成CO2的體積為x m3，H2O(g)的體積為2x m3，總體積為3x m3；根據(jù)反應(yīng)④和⑤可知生成鐵的物質(zhì)的量和產(chǎn)生的CO2和H2O(g)的物質(zhì)的量之比均為23，所以當(dāng)有5 y kg（×103mol）鐵生成時(shí)生成的CO2和H2O(g)的物質(zhì)的量總和為×103mol，即在標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的總體積為3y×103L=3ym3，所以從還原反應(yīng)室中出來的氣體的總體積為（3x +3y）m3。又根據(jù)催化反應(yīng)室中發(fā)生的反應(yīng)①和②知，消耗CO2和H2O(g)的體積與生成的合成氣（CO和H2）的體積比均為14，所以反應(yīng)后生成的合成氣的總體積為（3x +3y）m3×4=12(x + y)m3。

高考考點(diǎn)：有機(jī)物分子式的確定、電化學(xué)中的原電池、化學(xué)計(jì)算、化學(xué)平衡等知識。

易錯(cuò)提醒：對于第（1）題因粗心或不知道飽和一元醇與飽和一元羧酸的相對分子質(zhì)量相等的條件而漏填HCOOH；對于第（3）題忽略電解質(zhì)溶液為KOH溶液顯堿性而將電極反應(yīng)中的CO32－寫成CO2；對于第（4）題因不能將各反應(yīng)室中的化學(xué)方程式正確的寫出或不能理清各反應(yīng)之間量的關(guān)系而將計(jì)算結(jié)果求錯(cuò)。

備考提示：在電化學(xué)中書寫電極反應(yīng)式時(shí)，尤其是原電池的電極反應(yīng)式必須注意電解質(zhì)溶液的參與情況，例如各種燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫。關(guān)于化學(xué)方程式的計(jì)算，因涉及的方程式比較多，因此在解答時(shí)必須分析各個(gè)方程式的量的關(guān)系，通過關(guān)系式法或元素守恒法進(jìn)行解答。在備考復(fù)習(xí)針對電化學(xué)除掌握必要的基礎(chǔ)知識外，應(yīng)強(qiáng)化訓(xùn)練；針對化學(xué)計(jì)算則應(yīng)加大力度強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生形成良好的計(jì)算格式并培養(yǎng)學(xué)生各種計(jì)算能力。