Question

8．二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀(jì)的新型能源，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能．
I．Ⅰ．工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如下：

催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）發(fā)生如下反應(yīng)：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol         ①
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol    ②
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol    ③
（1）甲烷氧化可制得合成氣，反應(yīng)如下：CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）+2H₂（g）△H=-35.6kJ/mol．該反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)（填“自發(fā)”或“非自發(fā)”）
（2）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1kJ/mol，830℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0，則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K＞1.0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）上述反應(yīng)中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有CO、H₂、甲醇和水．
II．如圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖．b 電極是正極．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）依據(jù)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)為△H-T△S＜0，是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；△H-T△S＞0，是非自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到熱化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算應(yīng)用；催化反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)條件是壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃；結(jié)合化學(xué)平衡影響因素分析判斷；
（3）依據(jù)反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物是可以循環(huán)利用的物質(zhì)；
Ⅱ、反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，b為正極，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負(fù)極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子．

解答 解：I．（1）甲烷氧化可制合成氣：CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）△H=-35.6kJ/mol，△S＞0，△H＜0，；△H-T△S＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：自發(fā)；
（2）催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)．
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①×2+②+③得到：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol；
830℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0，則在催化反應(yīng)室中，壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃，溫度降低．平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)③的K增大；
故答案為：-246.1kJ/mol；＞；
（3）依據(jù)催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)．
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
CO、甲醇和水，是中間產(chǎn)物，H₂也可以部分循環(huán)，
故答案為：CO、H₂、甲醇和水；
II．反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負(fù)極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，b為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：正．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，平衡影響因素的分析判斷，原電池的電極判斷，電極反應(yīng)書寫應(yīng)用，題目難度中等．