Question

【题目】CO和H2均是重要的化工原料，CO2的固定和利用对环境保护及能源开发具有重要的意义。

（1）利用水煤气（CO+H2）作为合成气，在同一容器中，选择双催化剂，经过如下三步反应，最终合成二甲醚（CH3OCH3）。

甲醇合成反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－90.8kJ·mol－1

水煤气变换反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=－41.3kJ·mol－1

甲醇脱水反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=－23.5kJ·mol－1

写出由CO和H2合成二甲醚气体和水蒸气的热化学方程式____________。

（2）在2L恒容密闭容器中，投入CO(g)和H2(g)各5mol，发生如下反应：

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H＜0，CO的转化率α与温度、压强的关系如图所示：

①p1、p2、p3中最大的是________。

②若该反应进行50min时达到平衡，此时CO的转化率α=0.6，则50min内H2的反应速率为____mol·L－1·min－1。

（3）二甲醚（CH3OCH3）燃料电池具有启动快。效率高等优点，其能量密度高于甲醇燃料电池。其工作原理如图所示。X极附近的酸性______（填“减弱”、“增强”或“不变”），Y电极是_____极，写出X电极上发生的电极反应式__________。若用该二甲醚燃料电池电解饱和食盐水（阳极为石墨电极），当有2.3g燃料被消耗时，阴极产生气体的体积为_____L（标准状况下）

Answer 1

【答案】（1）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=－205.1kJ·mol－1 （2） ①p1 ②0.03 （3） 增强 正极 CH3OCH3－12e－+3H2O=2CO2↑+12H+ 6.72

【解析】(1)①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.8kJmol-1

②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJmol-1

依据盖斯定律①×2+②得到：2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=(-90.8kJmol-1)×2+(-23.5kJmol-1)=－205.1kJmol-1；

(2)①3CO(g)+3H2(g)═CH3OCH3(g)+CO2(g)，可知正反应为气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，一氧化碳的转化率提高，因此压强关系是p1＜p2＜p3，即压强最大的是p3；

②反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 进行50min时达到平衡，此时CO的转化率α=0.6，则变化的CO为3mol，变化的H2也为3mol，H2的反应速率为=0.03mol·L－1·min－1。

(3)③电池在放电过程中，电极X发生的电极反应为(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+，X电极周围溶液的酸性增强；c处通入的气体是氧气，发生还原反应，则Y极为正极；当有2.3g燃料被消耗时，被氧化的二甲醚的物质的量为2.3g÷46g/mol=0.05mol，转移电子的物质的量为0.05mol×12=0.6mol，电解饱和食盐水(阳极为石墨电极)，阴极产生氢气的体积为×22.4L/mol=6.72。