Question

二甲醚(CH₃OCH₃)被稱為21世紀的新型能源，它清潔、高效、具有優良的環保性能。
Ⅰ.工業制備二甲醚的生產流程如下：

催化反應室中(壓強2.0～10.0 MPa，溫度230～280℃)進行下列反應：
CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)ΔH＝－90.7 kJ/mol ①
2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)ΔH＝－23.5 kJ/mol ②
CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)ΔH＝－41.2 kJ/mol ③
(1)甲烷氧化可制得合成氣，反應如下：CH₄(g)＋O₂(g) CO(g)＋2H₂(g) ΔH＝－35.6 kJ/mol。該反應是       反應(填“自發”或“非自發”)。
(2)催化反應室中總反應3CO(g)＋3H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)的ΔH＝           。830℃時反應③的K＝1.0，則在催化反應室中反應③的K       1.0(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)上述反應中，可以循環使用的物質有       。
Ⅱ.如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖。b電極是       極。

Answer 1

Ⅰ.(1)自發 (2)－246.1 kJ/mol >
(3)CO、H₂、甲醇和水
Ⅱ.正

Ⅰ.(1)反應后氣體的物質的量增大，混亂度增加，熵增大，ΔS>0，由復合判據得該反應能自發進行。
(2)反應3CO(g)＋3H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)可利用題給的三個反應，將①×2＋②＋③得到，則ΔH＝－90.7 kJ/mol×2＋(－23.5 kJ/mol)＋(－41.2 kJ/mol)＝－246.1 kJ/mol；因為催化反應室中的溫度低于830℃，溫度降低，反應③的平衡向正反應方向移動，故K>1.0。
(3)從流程圖中可以看出排出的物質CO、H₂、甲醇和水在反應①、②、③中可以作為反應物，故均可以循環利用。
Ⅱ.燃料電池中通入O₂的一極發生還原反應，即b電極是正極。