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【题目】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。

.工业制备二甲醚的生产流程如下:

催化反应室中(压强2.010.0 MPa,温度230280)进行下列反应:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=90.7 kJ/mol

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g) ΔH=23.5 kJ/mol

CO(g)+H2O(g) CO2(g)H2(g) ΔH=41.2 kJ/mol

(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(自发非自发”)

(2)催化反应室中总反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH _____________。该反应的平衡常数表达式为:_______;在830℃时K1.0,则在催化反应室中该反应的K______1.0(“>”“<””)

(3)上述反应中,可以循环使用的物质有__________

.如图为绿色电源二甲醚燃料电池的工作原理示意图。

a电极是________极,其电极反应方程式为_________________

【答案】自发 246.1 kJ/mol > COH2、甲醇和水 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+

【解析】

.(1)依据自发进行的判断依据为H-TS0,是自发进行的反应;H-TS0,是非自发进行的反应;

(2)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式;根据化学平衡常数的含义可得其表达式;催化反应室内的反应条件是压力2.010.0Mpa,温度230280℃;结合影响化学平衡的因素分析判断;

(3)依据反应过程中的中间产物是可以循环利用的物质;

.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,O2在正极发生还原反应,氧气在正极放电,由图中H+的移动方向知,a极为负极,二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子。

I(1)甲烷氧化可制合成气:CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)S0H0H-TS0,因此反应能自发进行;

(2)催化反应室中(压力2.010.0Mpa,温度230280)进行下列反应:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=90.7 kJ/mol

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g) ΔH=23.5 kJ/mol

CO(g)+H2O(g) CO2(g)H2(g) ΔH=41.2 kJ/mol

依据盖斯定律①×2++③得到:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)ΔH=-246.1kJ/mol;由于化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时,各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比,则该反应的化学平衡常数表达式为K=

830℃时反应的K=1.0,在催化反应室中,压力2.010.0Mpa,温度230280℃,温度降低,平衡向正反应方向移动,因此反应的K增大;

(3)依据催化反应室中(压力2.010.0Mpa,温度230280)进行下列反应,

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=90.7 kJ/mol

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g) ΔH=23.5 kJ/mol

CO(g)+H2O(g) CO2(g)H2(g) ΔH=41.2 kJ/mol

甲醇和水是中间产物,结合生产流程,CO、H2也可以部分循环,故可以循环利用的物质COH2、甲醇和水。

II.在该燃烧电池中,根据H+的移动方向可知,通入二甲醚的a电极为负极,二甲醚在负极失去电子,发生氧化反应,电极反应式为:CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+

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