Question

煤直接燃烧的能量利用率较低，为提高其利用率，工业上将煤气化（转变成CO和H₂）后再合成乙醇、二甲醚等多种能源．
（1）①右图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测．则该电池的负极反应式为

 

．
②已知：H₂（g）、CO（g）和CH₃CH₂OH（l）的燃烧热分别为285.8kJ?mol^-1、283.0kJ?mol^-1和1365.5kJ?mol^-1．
反应2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（l）+H₂O（l） 的△H=

 

．
（2）煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚，其反应如下：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
同时发生副反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．
在温度250℃、压强3.0MPa时，某工厂按投料比V（H₂）：V（CO）=a进行生产，平衡时反应体系中各组分体积分数如下表：

物质	H2	CO	CO2	（CH3）2O	CH3OH	H2O
体积分数	0.54	0.045	0.18	0.18	0.015	0.03

①250℃时反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数为

 

；
②投料比a=

 

；
③该工厂用100吨煤（含炭80%、气化为CO的利用率为90%）在该条件下可生产多少吨二甲醚？（写出计算过程）

 

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Answer 1

分析：（1）①该装置中含有质子交换膜，则电解质溶液为酸性，酸性条件下，乙醇燃料电池中，负极上乙醇失电子发生氧化反应；
②根据盖斯定律计算；
（2）①K=

c(CO2)．c(H2)

c(CO)．c(H2O)

；
②根据原子守恒计算；
③根据一氧化碳的和二甲醚计算其转化率，再根据其转化率计算生成二甲醚的质量．

解答：解：（1）①该装置中含有质子交换膜，则电解质溶液为酸性，酸性条件下，乙醇燃料电池中，负极上乙醇失电子和水反应生成乙酸和氢离子而发生氧化反应，电极反应式为：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺，
故答案为：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1Ⅰ
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/molⅡ
C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=3H₂O（l）+2CO₂ （g）△H=-1365.5kJ/molⅢ
将方程式Ⅰ×2+Ⅱ×4-Ⅲ得
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（l）+H₂O（l）△H=（-283.0kJ?mol^-1）×2+（-285.8kJ/mol）×4-（-1365.5kJ/mol ）=-343.7 kJ?mol^-1，
故答案为：-343.7 kJ?mol^-1；
（2）①相同条件下，同一体系中的各组分的体积分数之比等于其浓度之比，所以K=

c(CO2)．c(H2)

c(CO)．c(H2O)

=

0.18×0.54

0.045×0.03

=72，故答案为：72；
②根据原子守恒得V（H₂）：V（CO）=[V（H₂O）+2V（CH₃OH）+3V（（CH₃）₂O）+V（H₂）]：[V（CO）+V（CO₂）+V（CH₃OH）+2V（（CH₃）₂O）]=（0.03+2×0.015+3×0.18+0.54）：（0.045+0.18+0.015+2×0.18）=1.9，
故答案为：1.9；
③生成二甲醚的CO转化率为：（0.18×2）÷0.6=0.6，m（二甲醚）=

100t×80%

12

×90%×0.6×

1

2

×46=82.8 t，故答案为：82.8t．

点评：本题考查了原电池原理、盖斯定律、化学平衡等知识点，根据原电池正负极上得失电子、盖斯定律及原子守恒来分析解答，难度中等．