Question

【题目】二甲醚（CH3OCH3）和甲醇（CH3OH）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效等优良的性能。以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如图：

（1）催化反应室B中CO与H2合成二甲醚的化学方程式为___。

（2）催化反应室A中发生的反应为：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……（Ⅰ）

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……（Ⅱ）

催化反应室C中发生的反应为：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……（Ⅲ）

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……（Ⅳ）

①已知：原子利用率=×100%。试求反应（Ⅳ）的原子利用率为___。

②反应（Ⅳ）的△S___0（填“＞”、“＝”或“＜”）。

③在压强为5MPa，体积为V L的反应室c中，a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下发生反应（Ⅲ）生成甲醇，CO的转化率与温度的关系如图。则该反应的△H___0（填“＞”、“＝”或“＜”）。300℃时该反应的平衡常数K=___（用含字母的代数式表示）。

（3）我国某科研所提供一种碱性“直接二甲醚燃料电池”。该燃料电池负极的电极反应式为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫（体积分数为x）废气的方法如下：

①将含SO2的废气通入电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO3溶液；

②将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸；

③将盐酸加入 NaHSO3溶液中得SO2气体回收。

用上述碱性“直接二甲醚燃料电池”电解食盐水来处理标准状况下V L的废气，计算消耗二甲醚的质量___。（写出计算过程）

Answer 1

【答案】2CO+4H2=CH3OCH3+H2O 64% < < g

【解析】

（1）催化反应室B中CO与H2合成二甲醚，由元素守恒可知有水生成，反应方程式为：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O；

（2）①由原子利用率定义可知，反应（Ⅳ）的原子利用率=×100%=×100%=×100%=64%；

②反应（Ⅳ）是气体物质的量减小的反应，混乱度减小，故△S<0；

③由图开始，随温度升高，CO的转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，则△H<0；

300℃平衡时CO转化率为α1，则：

CO（g）+2 H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：a 2a 0

变化量（mol）：aα1 2aα1 aα1

平衡量（mol）：a（1-α1） 2a（1-α1） aα1

平衡常数K===；

（3）含二氧化硫的废气为VL，二氧化硫体积分数为x，则含有二氧化硫体积为Vx L；电解饱和食盐水时阴极电极式为：4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，将含SO2的废气通入电解饱和食盐水所得溶液中发生的反应为SO2+ OH-= HSO3-，由整个过程、结合电子转移守恒可得关系式CH3OCH3～12e－～12OH-～12SO2，设消耗二甲醚的质量为m，则：

CH3OCH3～12SO2

46g 12×22.4L

m Vx L

所以m==g。