题目内容
二甲醚（CH3OCH3）是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气（组成为H2、CO和少量的CO2）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
（i）CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) △H1 = -90.1kJ?mol-1
（ii）CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) △H2 = -49.0kJ?mol-1
水煤气变换反应：
（iii）CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2 (g) △H3 = -41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反应：
（iV）2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H4 = -24.5kJ?mol-1
回答下列问题：
（1）Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是 （以化学方程式表示）。
（2）分析二甲醚合成反应（iV）对于CO转化率的影响 。
（3）由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为 。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响 。
（4）有研究者在催化剂（含Cu—Zn—Al—O和Al2O3）、压强为5.0MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 。
（5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直接燃料电池（5.93kW?h?kg-1）。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为 ，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生 个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E = （列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量，1 kW?h = 3.6×106J）。
甲醇合成反应：
（i）CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) △H1 = -90.1kJ?mol-1
（ii）CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) △H2 = -49.0kJ?mol-1
水煤气变换反应：
（iii）CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2 (g) △H3 = -41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反应：
（iV）2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H4 = -24.5kJ?mol-1
回答下列问题：
（1）Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是 （以化学方程式表示）。
（2）分析二甲醚合成反应（iV）对于CO转化率的影响 。
（3）由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为 。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响 。
（4）有研究者在催化剂（含Cu—Zn—Al—O和Al2O3）、压强为5.0MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 。
（5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直接燃料电池（5.93kW?h?kg-1）。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为 ，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生 个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E = （列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量，1 kW?h = 3.6×106J）。
（1）Al2O3(铝土矿) + 2NaOH + 3H2O = 2NaAl(OH)4
NaAl(OH)4 + CO2 = Al(OH)3↓ + NaHCO3，2Al(OH)3
Al2O3+ 3H2O（2）消耗甲醇，促进甲醇合成反应（i）平衡右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应（iii）消耗部分CO。
（3）2CO(g) + 4H2(g) = CH3OCH3 + H2O(g) △H = -204.7kJ?mol-1
该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加。压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大。
（4）反应放热，温度升高，平衡左移。
（5）CH3OCH3 + 3H2O = 2CO2 + 12H+ + 12e- 12
=8.39kW·h·kg-1（1）从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程：铝土矿用氢氧化钠溶液溶解，Al2O3+ 2NaOH + 3H2O = 2NaAl(OH)4，铝元素在溶液中以NaAl(OH)4存在，在溶液中通入二氧化碳气体进行酸化，NaAl(OH)4 + CO2 = Al(OH)3↓ + NaHCO3，过滤得到Al(OH)3沉淀，高温煅烧，2Al(OH)3
Al2O3+ 3H2O，得到较高纯度Al2O3。（2）根据四个反应方程式可知：二甲醚合成反应（iV）中消耗甲醇，促进甲醇合成反应（i）平衡右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应（iii）消耗部分CO。
（3）根据题目所给条件和盖斯定律，由H2和CO直接制备二甲醚的热化学方程式为2CO(g) + 4H2(g) = CH3OCH3 + H2O(g) △H = -204.7kJ?mol-1。该反应为分子数减少的反应，增加压强使平衡右移，CO和H2转化率均增大，CH3OCH3产率增加。增加压强使CO和H2浓度增加，反应速率增大。
（4）由H2和CO直接制备二甲醚，由于该反应是放热反应，随温度升高，平衡逆向移动，CO转化率随温度升高而降低。
（5）根据反应产物，二甲醚直接燃料电池的负极反应为CH3OCH3+3H2O-12e-=
2CO2+12H+，根据方程式可知:一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生12个电子的能量；根据能量密度的计算公式，E =
=8.39kW·h·kg-1。【考点定位】反应速率、化学平衡、电化学、化学计算
练习册系列答案
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