Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)是重要的能源物質，其制備、應用與轉化是研究的熱點。

(1) 利用合成氣制備二甲醚主要包含三個反應：

CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)；ΔH＝－90.4 kJ·mol－1

2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)；ΔH＝－23.4 kJ·mol－1

CO(g) ＋H2O(g)=H2(g)＋CO2(g)；ΔH＝－41.0 kJ·mol－1

則3CO(g)＋3H2(g)=CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝________。

(2) 某二甲醚/雙氧水燃料電池的工作原理如圖1所示。電池工作時，電極A附近溶液pH________(填“減小”“增大”或“不變”)；電極B的電極反應式為_____________。

(3) 二甲醚催化羰化制備乙醇主要涉及以下兩個反應：

反應Ⅰ：CO(g)＋CH3OCH3(g)=CH3COOCH3(g)；ΔH1

反應Ⅱ：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)=CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g)；ΔH2

反應Ⅰ、Ⅱ的平衡常數(shù)的對數(shù)lg K1、lg K2與溫度的關系如圖2所示；在固定CO、CH3OCH3、H2的原料比、體系壓強不變的條件下，同時發(fā)生反應Ⅰ、Ⅱ，平衡時各物質的物質的量分數(shù)隨溫度的變化如圖3所示。

① ΔH1________(填“>”“<”或“＝”)0。

②300～400 K時，CH3CH2OH物質的量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因是________。

③ 600～700 K時，CH3COOCH3物質的量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因是________。

④ 400 K時，在催化劑作用下，反應一段時間后，測得CH3CH2OH物質的量分數(shù)為10%(圖3中X點)。不改變原料比、溫度和壓強，一定能提高CH3CH2OH物質的量分數(shù)的措施有________________________。

Answer 1

【答案】－245.2 kJ·mol1 增大 CH3OCH3－12e－＋16OH－=2CO32＋11H2O ＜ 由圖2知，此溫度范圍內反應Ⅰ較完全；溫度升高，反應Ⅱ平衡左移，導致CH3CH2OH物質的量分數(shù)降低 溫度升高，反應Ⅰ平衡左移超過反應Ⅱ平衡左移的幅度 延長反應時間、使用對反應Ⅱ催化性能更好的催化劑

【解析】

(1)利用蓋斯定律進行計算。

(2)根據(jù)電極的反應分析溶液中酸性變化，電極B是CH3OCH3在堿性條件下生成碳酸根。

(3)①根據(jù)溫度變化，平衡常數(shù)的變化得出反應熱量變化；②300～400 K時，根據(jù)圖像中的信息及兩個反應的主次來進行分析；③600～700 K時，根據(jù)分析兩個反應都是放熱反應，再根據(jù)圖3中各物質的曲線變化分析。

(1)利用蓋斯定律將第1個方程式乘以2加上第2個方程式，再加上第三個方程式則3CO(g)＋3H2(g)=CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝－245.2 kJ·mol1；故答案為：－245.2 kJ·mol1。

(2)某二甲醚/雙氧水燃料電池的工作原理如圖1所示。電池工作時，電極A是H2O2失去電子和磷酸反應，因此電極A附近溶液酸性減弱，溶液pH增大；電極B的電極反應式為CH3OCH3－12e－＋16OH－=2CO32＋11H2O；故答案為：增大；CH3OCH3－12e－＋16OH－=2CO32＋11H2O。

(3)①升高溫度，lgK1減小，則K1減小，說明平衡逆向移動，逆向是吸熱反應，正向放熱反應，即ΔH1 ＜ 0；故答案為：＜。

②300～400 K時，CH3CH2OH物質的量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因是由圖2知，此溫度范圍內反應Ⅰ較完全；溫度升高，反應Ⅱ平衡左移，導致CH3CH2OH物質的量分數(shù)降低；故答案為：由圖2知，此溫度范圍內反應Ⅰ較完全，溫度升高，反應Ⅱ平衡左移，導致CH3CH2OH物質的量分數(shù)降低。

③600～700 K時，根據(jù)分析兩個反應都是放熱反應，再根據(jù)圖3中各物質的曲線變化得到CH3COOCH3物質的量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因是溫度升高，反應Ⅰ平衡左移超過反應Ⅱ平衡左移的幅度；故答案為：溫度升高，反應Ⅰ平衡左移超過反應Ⅱ平衡左移的幅度。

④400 K時，在催化劑作用下，反應一段時間后，測得CH3CH2OH物質的量分數(shù)為10%，不改變原料比、溫度和壓強，一定能提高CH3CH2OH物質的量分數(shù)的措施有延長反應時間、使用對反應Ⅱ催化性能更好的催化劑；故答案為：延長反應時間、使用對反應Ⅱ催化性能更好的催化劑。