Question

【題目】二甲醚(DME)被譽為“21世紀的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下:

①

②

③

回答下列問題:

(1)反應的=_________。

(2)在不同溫度下，按照相同物質的量投料，發生反應①。測得CO的平衡轉化率與“壓強的關系如圖1所示，下列說法正確的是________(填序號).

A.反應溫度:

B.混合氣體密度:

C.混合氣體平均摩爾質量:

D.反應容器的體積關系:

(3)采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。由圖2可知，催化劑中約為______時最有利于二甲醚的合成。

(4)高溫時二甲醚蒸氣發生分解反應: 。迅速將二甲醚引人一個504℃的抽成真空的瓶中，在不同時刻測定瓶內壓強p總如下表:

①該反應達到平衡狀態時，二甲醚的轉化率為___________。

②該反應的平衡常數Kp=_____。(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓X物質的量分數)

(5)一種以二甲醚作為燃料的燃料電池的工作原理如圖3所示。其負極的電極反應式為___________。

Answer 1

【答案】-246.1 BD 2.0 50% 625 kPa）2

【解析】

（1）已知①CO（ g）+2H2（g）=CH3OH（ g）△H1=-90.7kJ/mol，

②2CH3OH（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-23.5kJ/mol，

③CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H3=-41.2kJ/mol，

根據蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H2（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H= -246.1kJ/mol；

（2）A、H<0，為放熱反應，降低溫度平衡正向移動，CO的轉化率增大，則反應溫度：T1<T2，選項A錯誤；

B、由m=ρV結合混合氣體的質量、體積可知，混合氣體的質量不變,容器體積不變，因此混合氣體密度：ρ(x) =ρ(w)，選項B正確；

C、y、z比較，y點CO轉化率大，則平衡時混合氣體的總物質的量小， y點對于氣體的物質的量小，則混合氣體的平均摩爾質量： M(y) >M(z)，選項C錯誤；

D、w、y點溫度相同，壓強w<y，增大壓強，平衡向氣體體積縮小的正反應方向移動，y點的總物質的量減小，反應容器的體積較小，選項D正確；

答案選BD；

（3）由圖可知，催化劑中約為2.0時，CO轉化率較大，轉化率選擇性最大，最有利于二甲醚的合成，故答案為：2.0；

（4）設起始充入的CH3OCH3物質的量為amol，從起始到平衡轉化CH3OCH3物質的量為xmol，用三段式：CH3OCH3CH4+CO+H2

n（起始）（mol） a 0 0 0

n（轉化）（mol） x x x x

n（平衡）（mol） a-x x x x

根據表中數據，起始時P總為50.0kPa，40min和50min時P總相等，平衡時P總=100kPa，則=，解得x=，

①該反應達到平衡狀態時，二甲醚的轉化率為；

②平衡時CH3OCH3、CH4、CO、H2物質的量都為mol，各物質物質的量分數都為，平衡時CH3OCH3、CH4、CO、H2的分壓都為100kPa=25kPa，該反應的平衡常數Kp===625kPa2；

（5）根據裝置圖，該二甲醚燃料電池中電解質為酸性，在負極二甲醚發生氧化反應生成CO2，負極電極反應式為CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。