Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）都是高效清潔能源．工業(yè)上利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成甲醇和二甲醚．回答下列問題：
（1）制備二甲醚最后一步反應由Al₂O₃催化甲醇脫水合成，反應方程式為

 

．
（2）已知：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H=-90.1kJ?mol^-1
CO（g）的燃燒熱是282.8kJ?mol^-1；H₂的燃燒熱是285.8kJ?mol^-1
寫出表示CH₃OH （g） 燃燒熱的熱化學反應方程式

 

．
（3）二甲醚直接燃料電池比甲醇直接燃料電池更高效，等質(zhì)量的二甲醚和甲醇完全放電轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比是

 

．用二甲醚直接燃料電池電解足量飽和食鹽水，當消耗9.2g二甲醚時理論上陰極產(chǎn)生的氣體的體積為

 

L．（標況下）
（4）在合成中伴有水煤氣交換反應：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），等物質(zhì)的量的CO（g）和H₂O（g）加入密閉容器中反應，平衡時測得結(jié)果如下表．

溫度	260℃	280℃	295℃	310℃
CO轉(zhuǎn)化率	89%	80%	75%	60%

①請解釋CO轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關系

 

．
②列式計算280℃時平衡常數(shù)

 

．
③若平衡體系中，測得H₂的壓強占總壓的30%，要使體系中CO轉(zhuǎn)化率達到70%，應該使溫度

 

（填“升高”、“降低”、“不變”）

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡建立的過程

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）甲醇在氧化鋁催化劑作用下發(fā)生分子間脫水生成二甲醚；
（2）分別寫出CO、H₂的燃燒熱的熱化學方程式，利用蓋斯定律可求出CH₃OH燃燒熱的熱化學方程式；
（3）根據(jù)二甲醚和甲醇燃燒的方程式解答；求出9.2g二甲醚轉(zhuǎn)移電子數(shù)，串聯(lián)電路每個電極轉(zhuǎn)移電子守恒，依據(jù)電解飽和食鹽水時陰極電極反應式求出產(chǎn)生氣體的體積；
（4）①依據(jù)溫度對平衡移動的影響解答；
②列三段求出平衡時各物質(zhì)濃度帶入平衡常數(shù)表達式求解；
③列三段求出H₂的壓強占總壓的30%時，CO的轉(zhuǎn)化率，依據(jù)溫度對平衡移動的影響解答．

解答： 解：（1）甲醇在氧化鋁催化劑作用下發(fā)生分子間脫水生成二甲醚和水方程式為：2CH₃OH

氧化鋁

CH₃OCH₃+H₂O；
故答案為：2CH₃OH

氧化鋁

CH₃OCH₃+H₂O；
（2）CO燃燒的熱化學方程式：CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-282.8 kJ?mol^-1 ①
H₂燃燒的熱化學方程式：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ?mol^-1 ②
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H=-90.1kJ?mol^-1③
根據(jù)蓋斯定律：①+②×2-③得甲醇燃燒的熱化學方程式：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.4 kJ?mol^-1 ，
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.4 kJ?mol^-1 ；
（3）取mg二甲醚和甲醇則轉(zhuǎn)移電子數(shù)關系
CH₃OCH₃+3O₂

點燃

2CO₂+3H₂0，轉(zhuǎn)移電子數(shù)
        46                       12mol
        m                        

12m

46

                           
  2CH₃OH+3O₂

燃燒

2CO₂+4H₂O     轉(zhuǎn)移電子數(shù)
     64                         12mol                
      m                          

12m

64

            
等質(zhì)量的二甲醚和甲醇完全放電轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比=

12m

46

：

12m

64

=32：23；
故答案為：32：23；
消耗9.2g二甲醚轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為：

12×9.6

46

=2.5（mol）根據(jù)串聯(lián)電路特點則陰極轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2.5mol
    2H⁺+2e^-=H₂↑
       2mol     22.4L
       2.4mol    V                
V=26.88L
（4）①從圖表數(shù)據(jù)可知隨著溫度的升高，CO轉(zhuǎn)化率降低，說明CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）是吸熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO轉(zhuǎn)化率降低；
②280℃時，CO轉(zhuǎn)化率為80%，設CO（g）和H₂O（g）均為amol，容器體積為VL
            CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
 起始濃度   

a

V

          

a

V

           0          0
轉(zhuǎn)化濃度    

a

V

×0.8   

a

V

×0.8      

a

V

×0.8  

a

V

×0.8 
平衡濃度

a

V

×0.2         

a

V

×0.2     

a

V

×0.8    

a

V

×0.8

平衡常數(shù)K=

[CO2][H2]

[CO][H2O]

=

[    a V ×0.8][ a V  ×0.8]

[  a V ×0.2  ][  a V ×0.2  ]

=16；
故答案為：16；
③設反應消耗CO物質(zhì)的量為xmol則
                CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
起始時物質(zhì)的量    a         a           0         0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量      x          x           x         x
平衡時物質(zhì)的量    a-x        a-x         x         x    
根據(jù)題意得

x

a-x+a-x+x+x

=30%   x=0.6a   則CO轉(zhuǎn)化率為：

0.6a

a

×100%=60%，要想使CO轉(zhuǎn)化率升高到70%，平衡應向右移動，CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）為放熱反應，降低溫度平衡向放熱方向移動，
故答案為：降低．

點評：本題考查了反應熱的計算，熱化學方程式的書寫，燃料電池原理，化學平衡常數(shù)的計算和應用，影響化學平衡移動的因素，題目綜合性強，涉及考點均為高考的熱點，需要對相應知識有很好的把握，難度較大，是個好題．