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        1. 二甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀(jì)的新型能源,是一種高效、清潔能源.
          Ⅰ.工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如下:
          催化反應(yīng)室中(壓力2.0~10.0Mpa,溫度230~280℃)發(fā)生如下反應(yīng):
          ①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
          ②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
          ③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol
          (1)二甲醚也可以通過天然氣和CO2合成制得,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
          3CH4+CO2→2CH3OCH3
          3CH4+CO2→2CH3OCH3

          (2)催化反應(yīng)室中總反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
          -246.1kJ/mol
          -246.1kJ/mol
          ,830℃時反應(yīng)③的K=1.0,則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K
          1.0(填“>”、“<”或“=”).
          (3)在溫度相同的3個密閉容器中,按不同方式投入反應(yīng)物,保持恒溫、恒壓,發(fā)生反應(yīng)②,測得反應(yīng)達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下.
          容器
          反應(yīng)物投入量 1mol CH3OCH3、1mol H2O 2mol CH3OH 1mol CH3OH
          CH3OH的濃度(mol/L) c1 c2 c3
          反應(yīng)的能量變化 吸收a kJ 放出b kJ 放出c kJ
          平衡時體積(L) V1 V2 V3
          反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率 α 1 α 2 α 3
          下列說法正確的是
          A、B、C
          A、B、C
          .(填字母序號)
          A.a(chǎn)+2c=23.5        B.α12=1        C.V1>V3       D.c1=2c3
          (4)上述生產(chǎn)流程中,可以循環(huán)使用的物質(zhì)有
          甲醇和水、CO和H2
          甲醇和水、CO和H2

          Ⅱ.用二甲醚-空氣堿性(KOH)燃料電池作電源電解精煉粗銅(如圖),在接通電路一段時間純Cu質(zhì)量增加3.2g.

          (5)請寫出燃料電池中的負極反應(yīng)式:
          CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
          CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O

          (6)燃料電池正極消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積是
          2.8L
          2.8L
          (空氣中O2體積分數(shù)以20%計算).
          分析:(1)根據(jù)題意,可以通過天然氣和CO2合成二甲醚(CH3OCH3),寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式即可;
          (2)根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知反應(yīng)來書寫熱化學(xué)方程式;對于放熱反應(yīng),溫度越低,K越大;
          (3)恒溫恒壓下,甲、乙、丙到達平衡為等效平衡,對應(yīng)各組分的含量完全相同、濃度相同,其中甲、乙對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等,容器的體積相同,乙、丙轉(zhuǎn)化率相同,乙中物質(zhì)的量為丙中對應(yīng)各組分的2倍,據(jù)此結(jié)合選項計算判斷;
          (4)根據(jù)實際流程確定可以循環(huán)使用的物質(zhì);
          (5)燃料電池中,負極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng);
          (6)燃料電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng),根據(jù)氧氣和空氣之間的組成關(guān)系來回答.
          解答:解:(1)通過天然氣和CO2合成二甲醚(CH3OCH3),得出反應(yīng)的化學(xué)方程式3CH4+CO2→2CH3OCH3,故答案為:3CH4+CO2→2CH3OCH3
          (2)已知:①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.7kJ/mol
          ②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol
          ③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol,
          反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)可以根據(jù)①×2+③+②得到,得出此反應(yīng)的△H=-246.1kJ/mol,反應(yīng)③是放熱反應(yīng),對于放熱反應(yīng),溫度越低,K越大,所以大于1,故答案為:-246.1kJ/mol;>;
          (3)A.恒溫恒壓下,甲、丙為等效平衡,對應(yīng)各組分的含量完全相同、濃度相同,令平衡時甲中甲醚為nmol,則丙中甲醚為0.5nmol,甲中吸收的熱量為(1-n)×23.5kJ=akJ,丙中放出的熱量為0.5n×23.5kJ=ckJ,整理得a+2c=23.5,故A正確;
          B.恒溫恒壓下,甲、乙到達平衡為等效平衡,對應(yīng)各組分的含量完全相同,對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等,令甲醚的轉(zhuǎn)化率為α1,則平衡時甲醚的物質(zhì)的量為(1-α1)mol,乙中平衡時甲醚的物質(zhì)的量為2α2mol×
          1
          2
          2mol,故(1-α1)=α2,整理得α12=1,故B正確;
          C.甲容器投入的起始量和乙投入的起始量相當(dāng),乙容器反應(yīng)物投入2molCH3OH、丙容器反應(yīng)物投入1molCH3OH在保持恒溫、恒壓情況下是等效平衡,應(yīng)存在V1=V2=2V3,故C正確;
          D.恒溫恒壓下,甲、乙、丙到達平衡為等效平衡,對應(yīng)各組分的含量完全相同、濃度相同,c1=c3,故D錯誤;
          故選A、B、C;
          (4)上述生產(chǎn)流程中,甲醇和水、CO和H2是可以循環(huán)使用的物質(zhì),故答案為:甲醇和水、CO和H2;
          (5)燃料電池中,負極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),在堿性環(huán)境下,發(fā)生的反應(yīng)為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O,故答案為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O;
          (6)燃料電池正極上發(fā)生的電極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-=4OH-,純Cu是陰極,該極上析出金屬銅,當(dāng)質(zhì)量增加3.2g,轉(zhuǎn)移電子為0.1mol,此時正極上消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.025mol,所以需要空氣的體積是0.025mol×5×22.4L/mol=2.8L,故答案為:2.8L.
          點評:本題涉化學(xué)反應(yīng)原理中的熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)平衡知識有關(guān)的綜合考查題,要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力,難度大.
          練習(xí)冊系列答案
          相關(guān)習(xí)題

          科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

          二甲醚是一種重要的清潔燃料.工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚.主要的三步反應(yīng)如下:
          ①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g);△H=-91.8kJ?mol
          ②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g);△H=-23.5kJ?mol
          ②CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g);△H=-41.3kJ?mol
          回答下列問題:
          (2)水煤氣合成二甲醚三步反應(yīng)總的熱化學(xué)方程式為:
           

          (3)-定條件下的密閉容器中,該總反應(yīng)達到平衡后,要提高CO的轉(zhuǎn)化率,下列措施中可以采取的是
           
           (填字母代號).
          a.升高溫度; b.降低溫度; c.增大壓強; d.減小壓強;
          e.縮小體積;f.增大CO的濃度;g.增大CO2的濃度
          (3)某溫度下,將一定里的CH3OH加入密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),
          經(jīng)20min反應(yīng)達到平衡,此時測得c(CH3OH)=0.56mol?L;c(H2O)=0.72mol?L-1
          ①達平衡時,c(CH3OCH3)=
           
          該時間段內(nèi)反應(yīng)逨率v(CH3OH)=
           
          .開始加入的CH3OH濃度c(CH3OH)=
           

          ②在相同的條件下,若起始濃度的數(shù)值如下表所示
           物質(zhì)  CH3OH  CH3OCH3  H2O
           濃度/(mol?L-1  0.28  0.86  0.86
          則該反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率(v、v)隨時間(<)變化的曲線是下列圖中的:
           
          平衡時CH3OCH在混合物中的體積百分含量是
           

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          科目:高中化學(xué) 來源:2011-2012學(xué)年江蘇省無錫市高三上學(xué)期期末考試化學(xué)試卷 題型:填空題

          (14分)二甲醚(CH3OCH。)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

              (1)催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為           .

              (2)催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為:

              CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(I)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為:

              CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)

              ①已知:原子利用率=×100%,試求反應(yīng)(Ⅳ)的原子利用率為       

              ②反應(yīng)(Ⅳ)的△S         0(填“>”、“=”或“<”)。

              ③在壓強為5MPa,體積為VL的反應(yīng)室c中,amol CO與20mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。則該反應(yīng)的△H      0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=         (用含字母的代數(shù)式表示)。

             

          (3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。

              該燃料電池負極的電極反應(yīng)式為:

              CH3OCH3一12e+16OH=2CO2-3+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分數(shù)為x)廢氣的方法如下:

              ①將含SO2的廢氣通人電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;

              ②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸;

              ③將鹽酸加入NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。

              用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣,計算消耗二甲醚的質(zhì)量。

           

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          科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

          (14分)二甲醚(CH3OCH。)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

              (1)催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為           .

              (2)催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為:

              CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(I)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為:

              CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)

              ①已知:原子利用率=×100%,試求反應(yīng)(Ⅳ)的原子利用率為       

              ②反應(yīng)(Ⅳ)的△S         0(填“>”、“=”或“<”)。

              ③在壓強為5MPa,體積為VL的反應(yīng)室c中,amol CO與20mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。則該反應(yīng)的△H     0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=        (用含字母的代數(shù)式表示)。

             

          (3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。

              該燃料電池負極的電極反應(yīng)式為:

              CH3OCH3一12e+16OH=2CO2-3+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分數(shù)為x)廢氣的方法如下:

              ①將含SO2的廢氣通人電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;

              ②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸;

              ③將鹽酸加入NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。

              用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣,計算消耗二甲醚的質(zhì)量。

           

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          科目:高中化學(xué) 來源:2012屆江蘇省無錫市高三上學(xué)期期末考試化學(xué)試卷 題型:填空題

          (14分)二甲醚(CH3OCH。)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,具有清潔、高效等優(yōu)良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

          (1)催化反應(yīng)室B中CO與H2合成二甲醚的化學(xué)方程式為          .
          (2)催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為:
          CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……(I)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……(Ⅱ)催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為:
          CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……(Ⅲ)、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……(Ⅳ)
          ①已知:原子利用率=×100%,試求反應(yīng)(Ⅳ)的原子利用率為       。
          ②反應(yīng)(Ⅳ)的△S         0(填“>”、“=”或“<”)。
          ③在壓強為5MPa,體積為VL的反應(yīng)室c中,amol CO與20mol H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(Ⅲ)生成甲醇,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。則該反應(yīng)的△H     0(填“>”、“=”或“<”)。300℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=         (用含字母的代數(shù)式表示)。

          (3)我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。
          該燃料電池負極的電極反應(yīng)式為:
          CH3OCH3一12e+16OH=2CO2-3+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫(體積分數(shù)為x)廢氣的方法如下:
          ①將含SO2的廢氣通人電解飽和食鹽水所得溶液中,得NaHSO3溶液;
          ②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸;
          ③將鹽酸加入NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。
          用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣,計算消耗二甲醚的質(zhì)量。

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