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二甲醚(CH3OCH3,沸点为-24.9℃)被称为21世纪的新型能源。科学家利用太阳能分解水生成的氢气与从烟道气中分离出的CO2在催化剂作用下合成二甲醚,并开发出直接以二甲醚为燃料的燃料电池。其合成流程如下:

(1)已知:CH3OCH3(g)、H2(g)的标准燃烧热分别为:△H= -1455.0kJ·mol-1、△H=" -285.8" kJ·mol-1。写出以CO2、H2合成CH3OCH3的热化学方程式:                  
(2)15~20%的乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液具有弱碱性,上述合成线路中用作CO2吸收剂。写出吸收CO2反应的化学方程式                          
(3)一定条件下用CO2和H2合成二甲醚,反应物气流量对CO2的转化率、二甲醚的选择性(是指转化生成二甲醚的碳占已转化碳的比例)影响结果如图1所示,当控制气流量为28mL· min-1时,则生成0.3mol二甲醚需要通入CO2的物质的量为            

图1                                      图2
(4)图2为二甲醚燃料电池示意图。
①a电极的电极反应式为                           
②若以1.12 L·min-l(标准状况)的速率向该电池中通入二甲醚,用该电池电解50mL2 mol·L-1 CuSO4溶液,通电0.50 min后,计算理论上可析出金属铜的质量为        
(1)
(2)
(3)20mol    
(4)① CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+ 
② 6.4g (每空2分)

试题分析:(1)已知:CH30CH3(g)、H2(g)的标准燃烧热分别为:△H=-1455.OkJ?mol-1、△H=-285.8kJ?mol-1,①CH30CH3(g)+3O2(g)═2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455.0kJ?mol-1
②H2(g)+1/2O2(g)═H2O(l)△H=-285.8kJ?mol-1,依据盖斯定律②×6-①得到:
2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(l)△H=-259.8kJ?mol?1,写出以CO2、H2合成CH3OCH3的热化学方程式为:2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(l)△H=-259.8kJ?mol?1
(2)15~20%的乙醇胺.(HOCH2CH2NH2)水溶液具有弱碱性,上述合成线路中用作C02吸收剂,乙醇胺水溶液呈弱碱性是取代基氨基结合氢离子,使溶液中的氢氧根离子浓度增大,结合二氧化碳生成碳酸盐,反应的化学方程式为:2HOCH2CH2NH2+H2O+CO2?(HOCH2CH2NH32CO3
(3)生产0.3mol二甲醚,理论上应生成二甲醚物质的量0.3mol÷5%=6mol,反应的反应的CO2的物质的量为12mol,实际通入的CO2的物质的量为12mol÷60%=20mol。
(4)①反应本质是二甲醚的燃烧,原电池负极发生氧化反应,二甲醚在负极放电,正极反应还原反应,氧气在正极放电.由图可知,a极为负极,b为正极,二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子,a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O═2CO2+12H+
②若以1.12L?min-1(标准状况)的速率向该电池中通入二甲醚,用该电池电解500mL 2mol?L-1 CuS04溶液,通电0.50min后,通入二甲醚物质的量=1.12L/min×0.50min÷22.4L/mol
=0.025mol;依据电极反应电子守恒,CH3OCH3~12e-,n(e?)=0.025mol×12=0.3mol, 50mL2 mol·L-1 CuSO4溶液,Cu2+共0.05mol×2mol?L?1=0.1mol,Cu2+完全反应,所以m(Cu)=0.1mol×64g/mol=6.4g
练习册系列答案
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下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

I.已知该产业链中某反应的平衡表常数达式为:K=,它所对应反应的化学方程式为                                            
II.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用,工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2kJ·mol-1
(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为                                         
830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K    1.0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1 mol/L,c(H2)=2.4 mol/L,5 min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5 min内CO的平均反应速率为            ;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4 mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2 mol/L,a=        mol/L。
(3)反应②在t℃时的平衡常数为400,此温度下,在0.5L的密闭容器中加入一定的甲醇,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下:
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
c(mol/L)
0.8
1.24
1.24
 
①此时刻v   v(填“大于”“小于”或“等于”
②平衡时二甲醚的物质的量浓度是                    
以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料,以石墨为电极可直接构成燃料电池,则该电池的负极反应式为                                              ;若以1.12L/min(标准状况)的速率向电池中通入二甲醚,用该电池电解500mL2mol/L CuSO4溶液,通电0.50 min后,计算理论上可析出金属铜的质量为                         
随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
(1)处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。已知:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574kJ·mol­—1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1160kJ·mol—1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程为                                  
(2)降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化 转化器,发生如下反应:
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0。        
若在一定温度下,将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中,反应过程中各物质的浓度变化如图所示,该反应的化学平衡常数为K=           

若保持温度不变,20min时再向容器中充入CO、N2各0.6mol,平衡将      移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。
20min时,若改变反应条件,导致N2浓度发生如上图所示的变化,则改变的条件可能是             (填序号)。
①加入催化剂  ②降低温度  ③缩小容器体积  ④增加CO2的量
(3)肼(N2H4)用亚硝酸(HNO2)氧化可生成氮的另一种氢化物,该氢化物的相对分子质量为43.0,其中氮原子的质量分数为0.977。写出肼与亚硝酸反应的化学方程式                                        

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