Question

天然氣、煤炭氣(CO、H₂)的研究在世界上相當普遍。其中天然氣和二氧化碳可合成二甲醚，二甲醚與水蒸氣制氫氣作為燃料電池的氫能源，比其他制氫技術更有優勢。主要反應為：

①CH₃OCH₃(g) +H₂O(g) 2CH₃OH(g)     △H= 37Kj·mol^-1

②CH₃OH(g)+H₂O(g) 3 H₂(g)+CO₂(g)    △H =49Kj·mol^-1

③CO₂(g) +H₂(g) CO(g) +H₂O(g)       △H=41.3Kj·mol^-1

其中反應③是主要的副反應，產生的CO對燃料電池Pt電極有不利影響。

請回答下列問題：

（1）二甲醚可以通過天然氣和CO₂合成制得，該反應的化學方程式為                     。

（2）CH₃OCH₃(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學方程式為                           。

（3）下列采取的措施和解釋正確的是                  。（填字母序號）

A．反應過程在低溫進行，可減少CO的產生

B．增加進水量，有利于二甲醚的轉化，并減少CO的產生

C．選擇在高溫具有較高活性的催化劑，有助于提高反應②CH₃OH的轉化率

D．體系壓強升高，雖然對制取氫氣不利，但能減少CO的產生

（4）煤炭氣在一定條件下可合成燃料電池的另一種重要原料甲醇，反應的化學方程式為：

CO (g) +2H₂(g) CH₃OH(g)  △H <0。現將l0mol CO與20mol H₂置于密閉容器中，在催化劑作用下發生反應生成甲醇，CO的平衡轉化率（）與溫度、壓強的關系如下圖所示。

①自反應開始到達平衡狀態所需的時間t_A          t_B（填“大于”、“小于”或“等于”）。

②A、C兩點的平衡常數K_A             K_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（5）某工作溫度為650^oC的熔融鹽燃料電池，是以鎳合金為電極材料，負極通人煤炭氣(CO、H₂)，正極通人空氣與CO₂的混合氣體，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物做電解質。請寫出正極的電極反應式    ____                                   。

 

Answer 1

【答案】

（1）3CH₄+CO₂→2CH₃OCH₃ 

（2） CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)      △H= 135kJ·mol^-1

（3） ABD      （4）①大于    ②大于   （5）O₂+4e-+2CO₂= 2CO₃^2-

【解析】

試題分析：本題是有關化學反應原理的綜合題。（1）根據原子守恒書寫方程式；（2）給出的三個方程式中第③是副反應，所以CH₃OCH₃(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學方程式應是①+2②得到，△H也這樣計算。

CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)      △H= 135kJ·mol^-1

（3）A、反應③是吸熱反應，降低溫度平衡逆向移動，減少CO的產生，正確；B、對反應①、②來說，水是反應物，增加進水量，促進二甲醚的轉化；對于反應③，水是生成物，增加水的量會抑制該反應正向進行，減少CO的產生，正確；C、催化劑不能改變反應物的轉化率，只能改變反應速率，錯誤；D、增大壓強對于反應②逆向移動，制取的氫氣量減少，但對于反應③，增大壓強水的濃度增大，使平衡逆向移動，減少CO的產生，正確。（4）B點壓強大，反應速率快，先達到平衡，用時少；K只和溫度有關，溫度高，該反應逆向移動，K值大，所以K_A 大于K_C；書寫電極反應式時要確定正極反應物和產物，要明確介質，確定氧的存在微粒。

考點：考查化學反應原理中的熱化學書寫、平衡移動、電極反應式書寫等方面的內容。