Question

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(压强2.0～10.0 MPa，温度230～280℃)进行下列反应：
CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)ΔH＝－90.7 kJ/mol ①
2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)ΔH＝－23.5 kJ/mol ②
CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)ΔH＝－41.2 kJ/mol ③
(1)甲烷氧化可制得合成气，反应如下：CH₄(g)＋O₂(g) CO(g)＋2H₂(g) ΔH＝－35.6 kJ/mol。该反应是       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ΔH＝           。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)上述反应中，可以循环使用的物质有       。
Ⅱ.如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。b电极是       极。

Answer 1

Ⅰ.(1)自发 (2)－246.1 kJ/mol >
(3)CO、H₂、甲醇和水
Ⅱ.正

Ⅰ.(1)反应后气体的物质的量增大，混乱度增加，熵增大，ΔS>0，由复合判据得该反应能自发进行。
(2)反应3CO(g)＋3H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)可利用题给的三个反应，将①×2＋②＋③得到，则ΔH＝－90.7 kJ/mol×2＋(－23.5 kJ/mol)＋(－41.2 kJ/mol)＝－246.1 kJ/mol；因为催化反应室中的温度低于830℃，温度降低，反应③的平衡向正反应方向移动，故K>1.0。
(3)从流程图中可以看出排出的物质CO、H₂、甲醇和水在反应①、②、③中可以作为反应物，故均可以循环利用。
Ⅱ.燃料电池中通入O₂的一极发生还原反应，即b电极是正极。