Question

煤直接燃燒的能量利用率較低，為提高其利用率，工業(yè)上將煤氣化（轉(zhuǎn)變成CO和H₂）后再合成乙醇、二甲醚等多種能源．
（1）①右圖所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動(dòng)吹氣流量偵測與控制的功能，非常適合進(jìn)行現(xiàn)場酒精檢測．則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為

 

．
②已知：H₂（g）、CO（g）和CH₃CH₂OH（l）的燃燒熱分別為285.8kJ?mol^-1、283.0kJ?mol^-1和1365.5kJ?mol^-1．
反應(yīng)2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（l）+H₂O（l） 的△H=

 

．
（2）煤氣化所得氣體可用于工業(yè)合成二甲醚，其反應(yīng)如下：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
同時(shí)發(fā)生副反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．
在溫度250℃、壓強(qiáng)3.0MPa時(shí)，某工廠按投料比V（H₂）：V（CO）=a進(jìn)行生產(chǎn)，平衡時(shí)反應(yīng)體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表：

物質(zhì)	H2	CO	CO2	（CH3）2O	CH3OH	H2O
體積分?jǐn)?shù)	0.54	0.045	0.18	0.18	0.015	0.03

①250℃時(shí)反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)為

 

；
②投料比a=

 

；
③該工廠用100噸煤（含炭80%、氣化為CO的利用率為90%）在該條件下可生產(chǎn)多少噸二甲醚？（寫出計(jì)算過程）

 

．

Answer 1

分析：（1）①該裝置中含有質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液為酸性，酸性條件下，乙醇燃料電池中，負(fù)極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；
（2）①K=

c(CO2)．c(H2)

c(CO)．c(H2O)

；
②根據(jù)原子守恒計(jì)算；
③根據(jù)一氧化碳的和二甲醚計(jì)算其轉(zhuǎn)化率，再根據(jù)其轉(zhuǎn)化率計(jì)算生成二甲醚的質(zhì)量．

解答：解：（1）①該裝置中含有質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液為酸性，酸性條件下，乙醇燃料電池中，負(fù)極上乙醇失電子和水反應(yīng)生成乙酸和氫離子而發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺，
故答案為：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
將方程式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，
故答案為：-343.7 kJ?mol^-1；
（2）①相同條件下，同一體系中的各組分的體積分?jǐn)?shù)之比等于其濃度之比，所以K=

c(CO2)．c(H2)

c(CO)．c(H2O)

=

0.18×0.54

0.045×0.03

=72，故答案為：72；
②根據(jù)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，
故答案為：1.9；
③生成二甲醚的CO轉(zhuǎn)化率為：（0.18×2）÷0.6=0.6，m（二甲醚）=

100t×80%

12

×90%×0.6×

1

2

×46=82.8 t，故答案為：82.8t．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)原電池正負(fù)極上得失電子、蓋斯定律及原子守恒來分析解答，難度中等．