Question

29.二甲醚（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：

（l）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：_________________________。

（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：______________________________。

（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：______________________________________________________。  

（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可示意如下：

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__________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②在上述炼铁过程的某时间段内，若有x m³（标准状况）的甲烷进入燃烧室中充分燃烧，还原反应室有5 y kg（即×10³mol）铁生成，假设燃烧室与还原反应室产生的高温尾气全部进人催化反应室，则这些高温尾气在理论上可产生合成气_______m³（标准状况）。

Answer 1

（1）CH₃CH₂OH、HCOOH

（2）3CO+3H₂＝CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂＝CH₃OCH₃+H₂O

（3）CH₃OCH₃+16OH^--12e^-＝2+11H₂O

（4）①减小　②12(x+y）

解析：本题以二甲醚为载体，考查考生综合应用同分异构体，原电池及化学平衡等内容解决实际问题的能力。

(1)由于醇与等碳原子数的醚为同分异构体，显然相对分子质量相等，C₂H₅OH符合条件，由于1 mol O的质量等于1 mol CH₄的质量。1 mol碳的质量等于12 mol H的质量，在C₂H₆O的基础上去掉1个CH₄而同时增加一个氧即CH₂O₂应符合条件，经验证，没有其他的分子符合题意。

(2)根据质量守恒定律及氧化还原反应规律可得如下符合条件的化学方程式：3CO+3H₂===CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂===CH₃OCH₃+H₂O。

(3)由原电池原理可知负极发生氧化反应失电子，由于CH₃OCH₃被氧化的产物在碱性溶液中不能存在，故负极反应产物应为CO和H₂O，即CH₃OCH₃+16OH^－－12e^－===2CO+11H₂O。

(4)由CH₄+H₂O(g)CO+3H₂①和反应CH₄+CO₂2CO+2H₂②知，增大压强可使上述平衡向逆反应方向移动，减少CH₄的转化率。由反应CH₄+2O₂CO₂+2H₂O知

x m³的CH₄可产生3x m³的CO₂与H₂O的混合气体；又由Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂，Fe₂O₃+3H₂2Fe+3H₂O知，生成·10³ mol的Fe产生3y m³的高温尾气，故由反应①②知最后可得合成气12(x+y) m³。