Question

(14分)甲醇(CH3OH)和二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料。以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下

（1）写出催化反应室1中在一定条件下进行的化学方程式： 。

（2）在压强为0.1MPa条件下，反应室3(容积为VL)中amolCO与2amolH2在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，

则：①P1 P2。(填“<”、“>”或“=”)

②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率 。(填“增大”、“减小”或“不变”)

③在P1压强下，100℃时，反应：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的平衡常数为 。(用含a、V的代数式表示)。

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

（4）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

① 2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)；ΔH＝－90.8 kJ·mol?1

② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)；ΔH＝－23.5kJ·mol?1

③ CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g)；ΔH＝－41.3 kJ·mol?1

则反应：3H2(g) +3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝ 。

Answer 1

(14分)

（1）CH4+H2OCO+3H2 (2分)

（2）①＜ (2分)；②增大 (2分)；③a2/V2 (3分)

（3）CH3OCH3－12e-+3H2O＝2CO2+12H+ (2分)

（4）－246.4kJ·mol－1 (3分)

【解析】

试题分析：（1）甲烷与水蒸气在一定条件下反应生成CO和氢气，化学方程式为CH4+H2OCO+3H2；

（2）①一定温度时，压强增大，平衡正向移动，CO的转化率升高，所以P1<P2；

②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，相当于增大压强，则平衡正向移动，达到新平衡时CO的转化率增大；

③在P1压强下，100℃时，反应：CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)中CO的转化率是0.5，则平衡时CO的浓度为0.5a/Vmol/L，氢气的平衡浓度是a/Vmol/L，甲醇的平衡浓度为0.5a/Vmol/L，所以CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数为K=0.5a/V/0.5a/V×(a/V)2=V2/a2，则CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的平衡常数与K互为倒数，是a2/V2；

（3）通入二甲醚的一极发生氧化反应，所以a极是负极，二甲醚发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OCH3－12e-+3H2O＝2CO2+12H+；

（4）根据盖斯定律，①×2+②+③，可得所求热化学方程式，所以3H2(g) +3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝2×（－90.8 kJ·mol?1）+（－23.5 kJ·mol?1）+（－41.3 kJ·mol?1）=－246.4kJ·mol－1。

考点：考查对图像的分析，平衡常数的计算，平衡移动的判断，电化学反应原理的应用，盖斯定律的应用