Question

【题目】二甲醚（DME）被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下：

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1

回答下列问题：

（1）反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) △H＝____kJ·mol-1。

下列措施中，能提高CH3OCH3产率的有____。

A．使用合适的催化剂 B．升高温度 C．增大压强

（2）将合成气以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示，下列说法正确的是____。

A．△H < 0

B．P1<P2<P3

C．若在P3和316℃时，起始n(H2)/n(CO)=3，则达到平衡时，CO转化率小于50％

（3）采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H2制备二甲醚。观察图2回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为____时最有利于二甲醚的合成。

（4）图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，b电极的电极反应式为____。

（5）甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是：

CH3OH +H2SO4 → CH3HSO4+H2O，

CH3 HSO4+CH3OH → CH3OCH3+H2SO4。

与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是____。

Answer 1

【答案】 -246.1 C A 2.0 O2+4e-+4H+=2H2O H2SO4腐蚀设备或有硫酸废液产生

【解析】分析:本题考查盖斯定律的运用，图像的分析处理，电极反应式的书写和化工原理的分析。

(1)根据热化学方程式和盖斯定律计算得到；提高CH3OCH3产率，则平衡正向移动，根据影响平衡的因素分析；
(2)A.根据温度对CO的转化率的影响分析;
B.该反应正方向为体积减小的方向，根据压强对CO转化率的影响分析；
C.若在P3和316℃时，起始n(H2)/n(CO)=3，则增大了氢气的量；
(3)根据图中生成二甲醚的最大值分析;
(4)酸性条件下，正极氧气得电子发生还原反应；
(5)根据硫酸的性质分析。

（1）根据盖斯定律，通过①×2+②+③可得反应

3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H＝-246.1kJ·mol-1。

根据该反应特点，下列措施中，A．使用合适的催化剂不能使平衡发生移动；B．升高温度，平衡左移。C．增大压强，平衡右移。故能提高CH3OCH3产率的有C。

因此，本题正确答案是：-246.1 ； C ；
（2）A.由图可以知道随温度升高,CO的转化率降低,说明升高温度平衡逆移,则正方向为放热反应,故△H < 0，所以A选项是正确的；
B.该反应正方向为体积减小的方向，增大压强CO的转化率增大，所以P1>P2>P3 ,故B错误;

若在P3和316℃时，起始n(H2)/n(CO)=3，则增大了氢气的量,增大氢气的浓度，平衡正移，CO的转化率增大,所以CO转化率大于50％，故C错误；
因此，本题正确答案是:A;
（3）观察图2可知催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2时，二甲醚的选择性最高。

因此，本题正确答案是:2;

（4）从图3中看出，b电极是氢离子流向的一极，应该是正极，得电子，氧气要在此极上得到电子，根据电荷守恒，电极反应式为 O2+4e-+4H+=2H2O。

因此，本题正确答案是: O2+4e-+4H+=2H2O。

（5）该反应有硫酸参加,因为硫酸是强酸,具有较强的腐蚀性,能腐蚀设备；
因此，本题正确答案是:H2SO4腐蚀设备或有硫酸废液产生。