题目内容

 

甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，它清洁、高效、具有优良的环保性能，甲醚是一种无色气体，具有轻微的醚香味，其燃烧热为1455 kJ／mol，甲醚可作燃料电池的燃料。工业上用合成气（CO、H2）直接或间接制取甲醚。

   （1）写出甲醚燃烧的热化学方程式                                        。
 
   （2）已知H2（g）和C（s）的燃烧热分别是285.8 kJ·mol-1、393.5 kJ·mol-1；计算反应4C（s）+6H2（g）+O2（g）==2CH2OCH3（g）的反应热为                。

   （3）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极

可构成燃料电池。该电池的负极反应式为       

             ；

从能量角度分析甲醚用作燃料电池与直接燃烧相比

主要的优点是        。

   （4）用（3）中的燃料电池为电源，以石墨为电极电解

500 mL滴有酚酞的：NaCl溶液，装置如图所示：

①请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象

                                      。

②当燃料电池消耗2.8 LO2（标准状况下）时，计算

此时：NaCl溶液的pH=        （假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出）。

 

【答案】

 

   （1）CH3OCH3（g）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l） △H1=—1455kJ/mol（2分）

   （2）△H=—378.8kJ/mol（2分）

   （3）CH3OCH3+16OH—12e-=2CO2-3+11H2O（2分）燃料电池的能量转换效率高（1分）

   （4）Y电极附近溶液中有气体产生，上部分呈黄绿色（2分）

    14（2分）

 

练习册系列答案
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（2009?静安区二模）甲醚（CH3OCH3）是一种新型的合成“柴油”，它可由天然气（体积分数：CO2为5%，CH4为95%）合成．合成甲醚主要步骤为造气和合成．过程如下（气体体积均在同温同压下测定；氧气由空气提供，其中N2和O2的体积比为4：1；不考虑CO与水的反应；各步反应转化率均为100%）：

（1）若造气得到的气体只含CO和H2，该混合气体中，碳元素的质量分数为a%，则氢元素的质量分数为
（100-2.33a）
（100-2.33a）
%（用含a的式子表示）．
（2）造气时每使用100m3天然气，应同时通入水蒸气
10
10
m3、空气
200
200
m3，才能保证合成时CO与H2的体积比为1：2；合成甲醚后，有
50
50
m3的水蒸气可参加循环生产．
（3）若只用天然气和空气造气，合成后得到的蒸气成分如下表：
气体 CH3OCH3 H2O N2 A
体积（m3） 95 95 x y
则A气体的分子式为
CO
CO
； x=
360
360
．
（2011?如皋市模拟）二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型能源，它清洁、高效、具有优良的环保性能．
Ⅰ．工业制备二甲醚的生产流程如下：

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）△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）甲烷氧化可制合成气：CH4（g）+
12
O2（g）?CO（g）+2H2（g）△H=-35.6kJ/mol，该反应是
自发
自发
反应（填“自发”或“非自发”）．
（2）催化反应室中总反应3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=
-246.1kJ/mol
-246.1kJ/mol
．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“=”）
（3）上述流程中，可循环使用的物质有
CO、H2、甲醇和水
CO、H2、甲醇和水
．
Ⅱ．如图为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．
（1）b电极是
正
正
极．
（2）a电极的反应式为
（CH3）2O-12e-+3H2O═2CO2+12H+
（CH3）2O-12e-+3H2O═2CO2+12H+
．
二甲醚（CH3OCH3）是无色气体，可作为一种新型能源．由合成气（组成为H2、CO和少量的CO2）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
（Ⅰ）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-90.1kJ?mol-1
（Ⅱ）CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H2=-49.0kJ?mol-1
水煤气变换反应：
（Ⅲ）CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2 （g）△H3=-41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反应：
（Ⅳ）2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4=-24.5kJ?mol-1
回答下列问题：
（1）Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一．工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是
Al2O3（铝土矿）+2NaOH+3H2O=2NaAl（OH）4，NaAl（OH）4+CO2=Al（OH）3↓+NaHCO3，2Al（OH）3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
Al2O3（铝土矿）+2NaOH+3H2O=2NaAl（OH）4，NaAl（OH）4+CO2=Al（OH）3↓+NaHCO3，2Al（OH）3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
（以化学方程式表示）．
（2）分析二甲醚合成反应（Ⅳ）对于CO转化率的影响
消耗甲醇，促进甲醇合成反应（Ⅰ）平衡右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应（Ⅲ）消耗部分CO
消耗甲醇，促进甲醇合成反应（Ⅰ）平衡右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应（Ⅲ）消耗部分CO
．
（3）由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为
2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g）△H=-204.7kJ?mol-1
2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g）△H=-204.7kJ?mol-1
．根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响
该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加．压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大
该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加．压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大
．
（4）有研究者在催化剂（含Cu-Zn-Al-O和Al2O3）、压强为5.0MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如图所示．其中CO转化率随温度升高而降低的原因是
反应放热，温度升高，平衡左移
反应放热，温度升高，平衡左移
．
（5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直接燃料电池（5.93kW?h?kg-1）．若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生
12
12
个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E=
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
（列式计算．能量密度=电池输出电能/燃料质量，1kW?h=3.6×106J）．
二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型能源，是一种高效、清洁能源．
Ⅰ．工业制备二甲醚的生产流程如下：
催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）发生如下反应：
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）二甲醚也可以通过天然气和CO2合成制得，该反应的化学方程式为
3CH4+CO2→2CH3OCH3
3CH4+CO2→2CH3OCH3
．
（2）催化反应室中总反应3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=
-246.1kJ/mol
-246.1kJ/mol
，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“=”）．
（3）在温度相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒压，发生反应②，测得反应达到平衡时的有关数据如下．
容器 甲 乙 丙
反应物投入量 1mol CH3OCH3、1mol H2O 2mol CH3OH 1mol CH3OH
CH3OH的浓度（mol/L） c1 c2 c3
反应的能量变化 吸收a kJ 放出b kJ 放出c kJ
平衡时体积（L） V1 V2 V3
反应物转化率 α 1 α 2 α 3
下列说法正确的是
A、B、C
A、B、C
．（填字母序号）
A．a+2c=23.5        B．α1+α2=1        C．V1＞V3       D．c1=2c3
（4）上述生产流程中，可以循环使用的物质有
甲醇和水、CO和H2
甲醇和水、CO和H2
．
Ⅱ．用二甲醚-空气碱性（KOH）燃料电池作电源电解精炼粗铜（如图），在接通电路一段时间纯Cu质量增加3.2g．

（5）请写出燃料电池中的负极反应式：
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
．
（6）燃料电池正极消耗标准状况下空气的体积是
2.8L
2.8L
（空气中O2体积分数以20%计算）．
（2012?丹东模拟）二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，在未来可能替代汽油、液化气、煤气等并具有优良的环保性能．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）若要增大反应①中H2的转化率，在其它条件不变的情况下可以采取的措施为
B C
B C
．
A．加入某物质作催化剂
B．加入一定量CO
C．反应温度降低
D．增大容器体积
（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c（CO）=1mol/L，c（H2）=2.4mol/L，5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则5min内CO的平均反应速率为
0.1mol/（L?min）
0.1mol/（L?min）
；若反应物的起始浓度分别为：c（CO）=4mol/L，c（H2）=a mol/L；达到平衡后，c（CH3OH）=2mol/L，a=
5.4
5.4
mol/L．
（3）催化反应室中总反应3CO（g）+3H2（g）═CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H=
-246.1 kJ?mol-1
-246.1 kJ?mol-1
；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“=”）．
（4）二甲醚的燃烧热为1455kJ?mol-1，则二甲醚燃烧的热化学方程式为
CH3OCH3（g）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1455 kJ?mol-1
CH3OCH3（g）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1455 kJ?mol-1
．
（5）“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源，其工作原理如图所示．写出a电极上发生的电极反应式
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
．

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