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5.二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,它清洁、高效,具有优良的环保性能.四川是利用天然气生产二甲醚的重要基地之一.请填写下列空白:
(1)与二甲醚相对分子质量相等且元素种类相同的有机物的结构简式是:C2H5OH.
(2)二甲醚可由合成气(CO+H2)在一定条件下制得.用合成气制二甲醚时,还产生了一种可参与大气循环的无机化合物,该反应的化学方程式可能是:3CO+3H2=CH3OCH3+CO2或2CO+4H2=CH3OCH3+H2O.
(3)以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池.该电池中负极上的电极反应式是:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O.
(4)制备二甲醚的合成气可由甲烷与水蒸气或二氧化碳经高温催化反应制得.合成气除制二甲醚外,还可用于冶炼金属,用它冶炼铁的生产过程如图所示:
①在催化反应室中进行的反应均为可逆反应,增大体系的压强对甲烷转化率的影响是减小(填“增大”、“减小”或“不变”).
②若有x m3(标准状况)的甲烷进入燃烧反应室,生成5ykg的铁,最多可产生合成气12(x+y)m3(标准状况).

分析 (1)与二甲醚相对分子质量相等且元素种类相同的有机物为乙醇;
(2)CO+H2在一定条件下合成二甲醚,可能生成二氧化碳或水;
(3)负极上二甲醚失去电子;
(4)①催化反应室中发生CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)、H2O(g)+CH4(g)?CO(g)+3H2(g),加压平衡逆向移动;
②x m3(标准状况)的甲烷进入燃烧反应室,发生CH4+2O2$\stackrel{点燃}{→}$CO2+2H2O(g),生成3xm3尾气;在还原反应室发生3H2+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H2O、3CO+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2,生成5ykg的铁,生成气体的物质的量为Fe的物质的量的$\frac{3}{2}$倍,生成气体体积为$\frac{5y×1{0}^{3}}{56}×\frac{3}{2}mol×22.4mol/L$×10-3m3/L=3ym3,则在燃烧与反应室中产生气体的总体积为(3x+3y)m3,结合催化反应室中发生CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)、H2O(g)+CH4(g)?CO(g)+3H2(g),可知合成气的体积为通入二氧化碳和水蒸气体积的4倍,以此来解答.

解答 解:(1)与二甲醚相对分子质量相等且元素种类相同的有机物为乙醇,其结构简式为C2H5OH,故答案为:C2H5OH;
(2)CO+H2在一定条件下合成二甲醚,可能生成二氧化碳或水,反应为3CO+3H2=CH3OCH3+CO2或2CO+4H2=CH3OCH3+H2O,故答案为:3CO+3H2=CH3OCH3+CO2或2CO+4H2=CH3OCH3+H2O;
(3)负极上二甲醚失去电子,则碱性电解质中该电池中负极上的电极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O,故答案为:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O;
(4)①催化反应室中发生CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)、H2O(g)+CH4(g)?CO(g)+3H2(g),加压平衡逆向移动,甲烷转化率减小,
故答案为:减小;
②x m3(标准状况)的甲烷进入燃烧反应室,发生CH4+2O2$\stackrel{点燃}{→}$CO2+2H2O(g),生成3xm3尾气;在还原反应室发生3H2+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H2O、3CO+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2,生成5ykg的铁,生成气体的物质的量为Fe的物质的量的$\frac{3}{2}$倍,生成气体体积为$\frac{5y×1{0}^{3}}{56}×\frac{3}{2}mol×22.4mol/L$×10-3m3/L=3ym3,则在燃烧与反应室中产生气体的总体积为(3x+3y)m3,在催化反应室中发生CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)、H2O(g)+CH4(g)?CO(g)+3H2(g),可知合成气的体积为通入二氧化碳和水蒸气体积的4倍,即为4×(3x+3y)m3=12(x+y)m3,故答案为:12(x+y).

点评 本题考查原电池及化学反应的计算,为高频考点,把握电极反应的书写、平衡移动及制备二甲醚的合成气涉及的化学反应为解答的关键,(4)为解答的难点,题目难度中等.

练习册系列答案
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