Question

14．二甲醚（CH₃OCH₃）是无色气体，可作为一种新型能源，由合成气（组成为H₂、CO、少量CO₂）直接制备二甲醚，其中主要过程包括以下四个反应：
①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1
水煤气变换反应：
③CO（g）+H₂O （g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ•mol^-1
二甲醚合成反应：
④2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
（1）分析二甲醚合成反应④对于CO转化率的影响消耗甲醇，促进甲醇合成反应（①）平衡右移，CO转化率增大，生成的H₂O，通过水煤气变换反应③消耗部分CO；
（2）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2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1；
（3）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，结果如图所示．其中CO转化率随温度升高而降低的原因是反应放热，温度升高，平衡左移；
（4）二甲醚直接燃料电池具有启动快，效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃烧燃料电池，若电解质为KOH溶液，二甲醚直接燃料电池的负极反应式为CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）二甲醚合成反应④对于CO转化率的影响，结合甲醇合成反应，水煤气变换反应和化学平衡移动原理分析判断；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，依据计算得到的反应结合化学平衡移动原理分析判断增大压强的影响；
（3）依据化学平衡特征和平衡移动原理分析；
（4）燃料电池中燃料在负极上失电子发生氧化反应，正极发生还原反应，书写电极反应．

解答 解：（1）二甲醚合成反应④对于CO转化率的影响，消耗甲醇，促进甲醇合成反应（①）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡右移，CO转化率增大，生成的H₂O，通过水煤气变换反应（③）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）消耗部分CO，
故答案为：消耗甲醇，促进甲醇合成反应（①）平衡右移，CO转化率增大，生成的H₂O，通过水煤气变换反应③消耗部分CO；
（2）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
④2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
依据盖斯定律①×2+④得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，
故答案为：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1；
（3）CO转化率随温度升高而降低，是因为反应是放热反应，升温平衡逆向进行，
故答案为：反应放热，温度升高，平衡左移；
（4）若电解质为碱性，氧气在正极发生还原反应，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，二甲醚直接燃料电池的负极反应为二甲醚失电子生成二氧化碳，碱溶液中生成碳酸盐，结合原子守恒和电荷守恒写出电极反应为：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题考查了物质制备原理分析，热化学方程式和盖斯定律的应用，化学平衡移动原理的分析判断，电极方程式的书写，题目难度中等．