Question

【題目】二甲醚被稱為“21世紀的清潔燃料”。利用甲醇脫水可制得二甲醚。反應方程式如下：2CH3OH(g)≒CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1

(1) 二甲醚亦可通過合成氣反應制得，相關熱化學方程式如下：2H2(g)+CO(g)≒CH3OH(g) ΔH2

CO(g)+H2O(g)≒CO2(g)+H2(g) ΔH3 3H2(g)+3CO(g)≒CH3OCH3(g) +CO2(g) ΔH4

則ΔH1=__________________(用含有ΔH2、ΔH3、ΔH4的關系式表示)．

(2)經查閱資料，上述甲醇脫水反應平衡常數Kp的計算式為lnKp= - 2.205+(2708.6137/T) (Kp為以分壓表示的平衡常數，T為熱力學溫度)，且催化劑吸附H2O(g)的量會受壓強影響，從而進步影響催化效率。

①在一定溫度范圍內，隨溫度升高，CH3OH(g)脫水轉化為CH3OCH3(g)的傾向__________ (填“增大”、“不變”或“減小”)，ΔH4________2ΔH2+ΔH3 (填“>”、<”或“=”)。

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
分壓/MPa	0.50	0.50	0.50

②某溫度下(此時Kp=100)，在密閉容器中加入一定量CH3OH，某時刻測得各組分的壓如下：

此時正、逆反應速率的大小：V正____V逆(填“>”、“<”或“=”)。

③200℃時，在密閉容器中加入一定量CH3OH，反應到達平衡狀態時，體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數為__________(填序號).

A．< 1/3 B．1/3 C．1/3~1/2 D．1/2 E．> 1/2

④300℃時，使CH3OH(g)以一定流速通過催化劑，V/F(按原料流率的催化劑量)、壓強對甲醇轉化率影響如圖1所示。請簡述在上述條件下，壓強對甲醇轉化率影響的規律，并解釋變化原因__________。

(3)直接二甲醚燃料電池有望大規模商業化應用，工作原理如圖2所示。

①負極的電極反應式為__________。

②現利用該電池電解CuC12溶液，當消耗2.3g二甲醚時，電解所得銅的質量為_________g(設電池的能量利用率為50%)。

Answer 1

【答案】ΔH 4-2ΔH2 -ΔH 3 減小 < > C 規律：其他條件不變時，隨壓強（壓力）增大，甲醇轉化率降低,原因：壓強增大，催化劑吸附水分子的量增多，催化效率降低，相同時間里轉化量減少，甲醇轉化率降低。 （說明：如規律寫錯，解釋不給分） CH3OCH3—12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+ 9.6

【解析】

(1)根據蓋斯定律計算；

(2)①lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，升高溫度lnKp減小，則Kp減小，平衡逆向移動；

②Qp與Kp的關系判斷；

③根據lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，計算Kp，若催化劑對水蒸氣無影響時和催化劑對水蒸氣有影響計算P(CH3OCH3)及 CH3OCH3(g)的物質的量分數；

④根據圖像可知，溫度相同時，隨壓強的增大，甲醇轉化率降低，壓強增大，催化劑吸附H2O(g)的量會受壓強影響；

(3)①二甲醚燃料電池中，二甲醚失電子，化合價升高，作電池的負極，電解質溶液顯酸性，則生成二氧化碳和氫離子；

②根據轉移電子數目守恒計算。

(1)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH2 ②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH3 ③3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g) +CO2(g) ΔH4，根據蓋斯定律，③-②-2①，可得2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1=ΔH4-2ΔH2 -ΔH 3；

(2)①lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，升高溫度lnKp減小，則Kp減小，平衡逆向移動，轉化成CH3OCH3(g)的傾向減小；ΔH1＜0，則ΔH4＜2ΔH2 -ΔH 3；

②Qp= ==1＜100，平衡正向進行，則V正＞V逆；

③若初始投入的甲醇完全反應時，生成等量的二甲醚和水，二甲醚占據的物質的量分數為；lnKp= - 2.205+(2708.6137/T)，溫度為200℃時，Kp=33.78，若催化劑對水蒸氣無影響時，且P(CH3OH)=1，則P(CH3OCH3)=5.8，壓強之比等于物質的量之比，CH3OCH3(g)的物質的量分數為=0.46，答案為C；

④根據圖像可知，溫度相同時，隨壓強的增大，甲醇轉化率降低，壓強增大，催化劑吸附H2O(g)的量會受壓強影響，導致催化劑吸附水分子的量增多，催化效率降低，相同時間里轉化量減少，甲醇轉化率降低。

(3)①二甲醚燃料電池中，二甲醚失電子，化合價升高，作電池的負極，電解質溶液顯酸性，則生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH3OCH3-12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+；

②消耗2.3g二甲醚時，轉移電子的物質的量為0.05×12=0.6mol，銅離子得電子生成單質銅，生成=0.15molCu，即9.6g。