Question

(14分)甲醇(CH3OH)和二甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀的新型燃料。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下

（1）寫出催化反應室1中在一定條件下進行的化學方程式： 。

（2）在壓強為0.1MPa條件下，反應室3(容積為VL)中amolCO與2amolH2在催化劑作用下反應生成甲醇：CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示，

則：①P1 P2。(填“<”、“>”或“=”)

②在其它條件不變的情況下，反應室3再增加a mol CO與2a mol H2，達到新平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率 。(填“增大”、“減小”或“不變”)

③在P1壓強下，100℃時，反應：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的平衡常數(shù)為 。(用含a、V的代數(shù)式表示)。

（3）下圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖，a電極的電極反應式為 。

（4）水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：

① 2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)；ΔH＝－90.8 kJ·mol?1

② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)；ΔH＝－23.5kJ·mol?1

③ CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g)；ΔH＝－41.3 kJ·mol?1

則反應：3H2(g) +3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝ 。

Answer 1

(14分)

（1）CH4+H2OCO+3H2 (2分)

（2）①＜ (2分)；②增大 (2分)；③a2/V2 (3分)

（3）CH3OCH3－12e-+3H2O＝2CO2+12H+ (2分)

（4）－246.4kJ·mol－1 (3分)

【解析】

試題分析：（1）甲烷與水蒸氣在一定條件下反應生成CO和氫氣，化學方程式為CH4+H2OCO+3H2；

（2）①一定溫度時，壓強增大，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率升高，所以P1<P2；

②在其它條件不變的情況下，反應室3再增加a mol CO與2a mol H2，相當于增大壓強，則平衡正向移動，達到新平衡時CO的轉(zhuǎn)化率增大；

③在P1壓強下，100℃時，反應：CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)中CO的轉(zhuǎn)化率是0.5，則平衡時CO的濃度為0.5a/Vmol/L，氫氣的平衡濃度是a/Vmol/L，甲醇的平衡濃度為0.5a/Vmol/L，所以CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)為K=0.5a/V/0.5a/V×(a/V)2=V2/a2，則CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的平衡常數(shù)與K互為倒數(shù)，是a2/V2；

（3）通入二甲醚的一極發(fā)生氧化反應，所以a極是負極，二甲醚發(fā)生氧化反應，生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH3OCH3－12e-+3H2O＝2CO2+12H+；

（4）根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③，可得所求熱化學方程式，所以3H2(g) +3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝2×（－90.8 kJ·mol?1）+（－23.5 kJ·mol?1）+（－41.3 kJ·mol?1）=－246.4kJ·mol－1。

考點：考查對圖像的分析，平衡常數(shù)的計算，平衡移動的判斷，電化學反應原理的應用，蓋斯定律的應用