Question

【題目】二甲醚（CH3OCH3）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，上述反應平衡狀態下 Kp 的計算式為: （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，從而進一步影響催化效率。)

①在一定溫度范圍內，隨溫度升高，CH3OH(g)脫水轉化為二甲醚的傾向_______ （填“增大”、“不變”或“減小”）。

②某溫度下（此時 Kp=100），在密閉容器中加入CH3OH，反應到某時刻測得各組分的分壓如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
分壓/MPa	0.50	0.50	0.50

此時正、逆反應速率的大�。�v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

③200℃時，在密閉容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反應到達平衡狀態時，體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數為 _______（填標號）。

A．＜ B． C．~ D． E．＞

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。請解釋甲醇轉化率隨壓強（壓力）變化的規律和產生這種變化的原因，規律__________________________，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該電池的負極反應式為：_______________。

②某直接二甲醚燃料電池裝置的能量利用率為 50%，現利用該燃料電池電解氯化銅溶液，若消耗 2.3g 二甲醚，得到銅的質量為_______ g。

Answer 1

【答案】ΔH4-2ΔH2- ΔH3 減小 ＞ C 規律：壓強增大，甲醇轉化率減小 原因：壓強增大，催化劑吸附水分子的量增多，催化效率降低 CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+ 9.6g

【解析】

(1)結合已知熱化學反應方程式，根據蓋斯定律解答；

(2)①根據溫度對2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)反應的平衡移動的影響分析；

②結合反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)，根據表格數據，比較Qp與Kp的大小，確定反應進行方向，進而判斷正、逆反應速率的大��；

③200℃時，根據（Kp 為以分壓表示的平衡常數，T為熱力學溫度）計算平衡時Kp，結合反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)判斷達平衡狀態時體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數；

④300℃時，根據圖1中曲線隨壓強的變化分析變化規律；

(3)①該電池為燃料電池，燃料電池中一般燃料做負極，燃料燃燒生成二氧化碳和水，據此書寫負極反應式；

②計算2.3g 二甲醚完全燃燒時轉移電子的物質的量，再根據電子守恒計算生成銅的質量。

(1)已知：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

由蓋斯定律可知，③-①×2-②得2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)ΔH1=ΔH4-2ΔH2- ΔH3；

(2)①，則Kp=，溫度越高，越小，越小，即Kp越小，反應向逆向進行傾向增大，則CH3OH(g)脫水轉化為二甲醚的傾向減小；

②結合反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)可知Qp==1＜Kp=100，則反應正向進行，則v正 ＞v逆；

③200℃時，根據:＝3.52，則Kp＞1。若反應初始投入CH3OH(g)1mol，完全反應全部轉化為CH3OCH3(g)和H2O(g)，根據反應比例關系，CH3OCH3(g)和H2O(g)各占一半，即CH3OCH3(g)的物質的量分數為，由于反應為可逆反應，不可能完全轉化，反應平衡時，CH3OCH3(g)的物質的量分數小于；如果平衡時三種物質的含量相同，即均為1/3，由于反應前后體積不變，則此時Kp＝1，因此要使Kp＞1，則CH3OCH3(g)的物質的量分數一定大于。答案選C；

④300℃時，根據圖1中曲線隨壓強的變化規律：當壓強越大，甲醇轉化率減小；根據反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)，反應前后氣體體積不變，平衡不隨壓強的變化發生移動，出現該圖曲線變化的原因是：壓強增大，催化劑吸附水分子的量增多，催化效率降低；

(3)①該電池為燃料電池，燃料電池中一般燃料做負極，負極發生氧化反應，燃料燃燒生成二氧化碳和水，結合裝置如圖 2，負極反應式：CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+；

②負極反應式為CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+，2.3g 二甲醚物質的量為=0.05mol，二甲醚燃料電池裝置的能量利用率為50%時，轉移電子的物質的量=0.05mol×12×50%=0.3mol，根據Cu2++2e-=Cu，則生成銅的物質的量=×0.3mol=0.15mol，質量為0.15mol×64g/mol=9.6g。