Question

二甲醚（CH₃OCH₃）可作为洁净的液体化石燃料，以CO和H₂为原料生产二甲醚的一种工艺主要发生以下三个反应：

编号	热化学方程式	化学平衡常数
①	CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-91kJ?mol-1	K1
②	2CH3OH（g）?CH2OCH3（g）+H2O（g）△H1=-24kJ?mol-1	K2
③	CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H1=-4kJ?mol-1	K3

请回答下列问题：
（1）新工艺的总反应为：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H，该反应的△H=

 

，化学平衡常数K=

 

（用含K₁、K₂、K₃的代数式表示）．
（2）下列措施中，能提高新工艺中CH₃OCH₃产率的有

 

．
A．使用过量的CO    B．升高温度    C．增大压强    D．通入水蒸气   E．改用高效催化剂
（3）原工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生．新工艺中③的发生提高了CH₃OCH₃的产率，原因是

 

．
（4）如图是二甲醚质子交换膜型燃料电池结构示意图，Y极的电极反应式为

 

，Y极每消耗1mol 二甲醚，X极至少消耗标准状况下

 

L空气中的氧气（设空气中氧气的体积分数为20%）．

Answer 1

考点：热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律计算△H；已知①CO（g）+H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-91kJ?mol^-1；②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O△H₂=-24kJ?mol^-1；③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1，利用盖斯定律，反应①×2+②+③，可得3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），总平衡常数等于分方程的平衡常数之积；
（2）根据3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）为气体分子数减小的放热反应，根据化学平衡原理来分析；
（3）根据反应③能消耗反应②中的产物水，从而使反应②的平衡右移来分析；
（4）酸性电解质溶液中二甲醚在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳；根据正负极得失电子可知1mol二甲醚消耗3mol氧气，而氧气在空气中占

1

5

来计算空气的体积．

解答： 解：（1）已知①CO（g）+H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-91kJ?mol^-1；②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O△H₂=-24kJ?mol^-1；③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1，利用盖斯定律，反应①×2+②+③，
可得到，3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=（-91kJ?mol^-1）×2+（-24kJ?mol^-1）+（-41kJ?mol^-1）=-247kJ?mol^-1，
则总方程的平衡常数等于分方程的平衡常数之积，即K=K₁²?K₂?K₃，
故答案为：-247kJ?mol^-1； K₁²?K₂?K₃．
（2）A、使用过量的CO，平衡右移，故可以提高新工艺中CH₃OCH₃产率，故A选；   
B、此反应为放热反应，升高温度平衡左移，CH₃OCH₃产率降低，故B不选；
C、此反应正反应为气体体积减小的反应，故增大压强平衡右移，CH₃OCH₃产率升高，故C选； 
D．水蒸气对于此反应是惰性气体，对平衡无影响，故对CH₃OCH₃产率无影响，故D不选；
E、使用催化剂只能加快反应速率，不能使平衡移动，故改用高效催化剂不能改变CH₃OCH₃产率，故E不选．
故选AC；
（3）新工艺中③的发生提高了CH₃OCH₃的产率，是因反应③能消耗反应②中的产物水，从而使反应②的平衡右移，故能提高CH₃OCH₃的产率，
故答案为：反应③消耗了反应②中的产物H₂O，使反应②的化学平衡向正反方应向移动，从而提高了CH₃OCH₃的产率；
（4）以酸性溶液为电解质溶液，二甲醚从一个电极通入，O₂从另一电极通入，中间为质子交换膜，通入甲醇的一极电极反应式为CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
根据正负极得失电子可知1mol二甲醚消耗3mol氧气，而由于氧气在空气中占

1

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，故所需的空气的物质的量为15mol，在标况下的体积为15mol×22.4L/mol=336L，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；336．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，原电池原理应用，电极反应书写方法，题目难度中等．