Question

（16分）二甲醚是重要的有機(jī)中間體，利用二氧化碳加氫合成二甲醚能變廢為寶，且可替代汽油作為新型清潔燃料。

（1）常溫常壓下，二氧化碳加氫可選擇性生成二甲醚或一氧化碳：

①CO2 (g)＋3H2(g)＝CH3OH(l)＋H2O(l) △H1 ＝－55.7 kJ/mol

②2CH3OH(l) ＝ CH3OCH3(g)＋H2O (l) △H2 ＝－23.4 kJ/mol

③CO2 (g)＋3H2(g) ＝CO (g) + H2O (l) △H 3>0

則CO2(g)加氫轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O (l)的熱化學(xué)方程式是___________________________________________________。

（2）合成二甲醚往往選用硅鋁混合物作催化劑，硅鋁比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不同。下圖是硅鋁比與產(chǎn)物選擇性圖：

反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式為 ，圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)的平衡常數(shù)比較：KA______KB（填“>、=、<”）。根據(jù)以上兩條曲線，寫出其中一條變化規(guī)律： ___________________。

（3）在280oC時，向一個2L的密閉容器中加入等量2mol二氧化碳和氫氣， A點(diǎn)二甲醚的濃度為0.15 mol·L－1，計算在A點(diǎn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，要求寫出計算過程。

（4）二甲醚逐漸發(fā)展為替代汽油的清潔燃料，在二甲醚燃料電池中，二甲醚通入______極，堿性條件下，該電極反應(yīng)式是 。

 

Answer 1

（1）2CO2(g)+6H2(g) = CH3OCH3(g)+3 H2O(l) △H ＝－134.8kJ/mol （3分）

（2）K=（2分） “=” （2分）

a.溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b.低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減小。（其它正確答案均可得分，2分）

（3）起始狀態(tài)c(H2)=c(CO2)=2mol/2L=1mol/L

2CO2+6H2=CH3OCH3+ 3H2O

c(起始) 1.00mol/L 1.00mol/L 0 0

c(轉(zhuǎn)化) 0.30mol/L 0.90mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

c(平衡) 0.70mol/L 0.10mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

CO2的轉(zhuǎn)化率=（2分，答案正確且有過程均給2分）

（4）負(fù) （2分） CH3OCH3+16OH-－12e-═2CO32-+11H2O （3分，配平錯誤只扣1分）

【解析】

試題分析：（1）CO2(g)加氫轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O (l)的熱學(xué)方程式2CO2(g)+6H2(g)= CH3OCH3(g)+3H2O(l)，根據(jù)蓋斯定律，分析反應(yīng)①、②及該反應(yīng)的關(guān)系可知，將①式乘以2并加上②式可得該反應(yīng)，故△H ＝2△H1+△H2=－23.4 kJ/mol ×2+（－55.7 kJ/mol）=－134.8kJ/mol；（2）反應(yīng)③中的生成物水是純液體，濃度為常數(shù)，故平衡常數(shù)表達(dá)式為： K=；平衡常數(shù)只受溫度影響，圖中280oC下的A點(diǎn)和B點(diǎn)的平衡常數(shù)相等；從圖中兩條曲線的變化趨勢及對比情況可以看出：230oC的曲線變化相對平緩，280oC的曲線變化程度較大且先升后降，280oC二甲醚物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)較大，溫度升高，二甲醚的物質(zhì)的量濃度的變化受影響的程度也有所改變等，故可以概括為：a.溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b.低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減��；等等。

（3）依題意可知，起始狀態(tài)c(H2)=c(CO2)=2mol/2L=1mol/L

2CO2 + 6H2 = CH3OCH3 + 3 H2O

c(起始) 1.00mol/L 1.00mol/L 0 0

c(轉(zhuǎn)化) 0.30mol/L 0.90mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

c(平衡) 0.70mol/L 0.10mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

CO2的轉(zhuǎn)化率=

（4）在二甲醚燃料電池中，二甲醚作為燃料，氧氣作為氧化劑，故二甲醚應(yīng)通入負(fù)極，堿性條件下，燃料電池中負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，該電極反應(yīng)式為： CH3OCH3+16OH-－12e-═2CO32-+11H2O 。

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用及燃料電池電極反應(yīng)式。