Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的可燃物，被称为21世纪的新型能源．工业制备二甲醚的生产流程如图1：



催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度300℃）进行下列反应：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
（1）催化反应室中的总反应：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）．
该反应的△H=______．催化反应室中采用300℃的反应温度，理由是______．
（2）已知：反应①在300℃时的化学平衡常数为0.27．该温度下将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为2L的密闭容器中，此时反应将______（填“正向进行”、“逆向进行”或“处于平衡状态”）．
（3）上述流程中二甲醚精制的实验操作名称为______．
（4）图2为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．a电极的电极反应式为______．

Answer 1

（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，
由盖斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol，
反应放热，高温不利用原料的利用，温度低原料利用率高，但反应较慢，不利于实际生产，采用300℃的反应温度，目的提高化学反应速率．
故答案为：-246.1kJ/mol；提高化学反应速率；
（2）该温度下将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为2L的密闭容器中，此时c（CO）=1mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，c（CH₃OH）=1mol/L，浓度商Qc=

1

1×1.52

=0.44，大于平衡常数0.27，故反应向逆反应进行，故答案为：逆向进行；
（3）二甲醚、乙醇、水为互溶的液体，沸点不同，采取蒸馏的方法将二甲醚分离，故答案为：蒸馏；
（4）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，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⁺，故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．