Question

【題目】二甲醚(DME)被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下:

①

②

③

回答下列問題:

(1)反應(yīng)的=_________。

(2)在不同溫度下，按照相同物質(zhì)的量投料，發(fā)生反應(yīng)①。測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與“壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示，下列說法正確的是________(填序號(hào)).

A.反應(yīng)溫度:

B.混合氣體密度:

C.混合氣體平均摩爾質(zhì)量:

D.反應(yīng)容器的體積關(guān)系:

(3)采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。由圖2可知，催化劑中約為______時(shí)最有利于二甲醚的合成。

(4)高溫時(shí)二甲醚蒸氣發(fā)生分解反應(yīng): 。迅速將二甲醚引人一個(gè)504℃的抽成真空的瓶中，在不同時(shí)刻測(cè)定瓶內(nèi)壓強(qiáng)p總如下表:

①該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，二甲醚的轉(zhuǎn)化率為___________。

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_____。(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓X物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

(5)一種以二甲醚作為燃料的燃料電池的工作原理如圖3所示。其負(fù)極的電極反應(yīng)式為___________。

Answer 1

【答案】-246.1 BD 2.0 50% 625 kPa）2

【解析】

（1）已知①CO（ g）+2H2（g）=CH3OH（ g）△H1=-90.7kJ/mol，

②2CH3OH（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-23.5kJ/mol，

③CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H3=-41.2kJ/mol，

根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H2（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H= -246.1kJ/mol；

（2）A、H<0，為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，則反應(yīng)溫度：T1<T2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B、由m=ρV結(jié)合混合氣體的質(zhì)量、體積可知，混合氣體的質(zhì)量不變,容器體積不變，因此混合氣體密度：ρ(x) =ρ(w)，選項(xiàng)B正確；

C、y、z比較，y點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率大，則平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量小， y點(diǎn)對(duì)于氣體的物質(zhì)的量小，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量： M(y) >M(z)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D、w、y點(diǎn)溫度相同，壓強(qiáng)w<y，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積縮小的正反應(yīng)方向移動(dòng)，y點(diǎn)的總物質(zhì)的量減小，反應(yīng)容器的體積較小，選項(xiàng)D正確；

答案選BD；

（3）由圖可知，催化劑中約為2.0時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率較大，轉(zhuǎn)化率選擇性最大，最有利于二甲醚的合成，故答案為：2.0；

（4）設(shè)起始充入的CH3OCH3物質(zhì)的量為amol，從起始到平衡轉(zhuǎn)化CH3OCH3物質(zhì)的量為xmol，用三段式：CH3OCH3CH4+CO+H2

n（起始）（mol） a 0 0 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） x x x x

n（平衡）（mol） a-x x x x

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，起始時(shí)P總為50.0kPa，40min和50min時(shí)P總相等，平衡時(shí)P總=100kPa，則=，解得x=，

①該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，二甲醚的轉(zhuǎn)化率為；

②平衡時(shí)CH3OCH3、CH4、CO、H2物質(zhì)的量都為mol，各物質(zhì)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)都為，平衡時(shí)CH3OCH3、CH4、CO、H2的分壓都為100kPa=25kPa，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp===625kPa2；

（5）根據(jù)裝置圖，該二甲醚燃料電池中電解質(zhì)為酸性，在負(fù)極二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。