Question

二甲醚（DME）被譽為“21世紀的清潔燃料”．由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1
回答下列問題：

（1）則反應3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）下列措施中，能提高CH₃OCH₃產率的有

 

．
A．使用過量的CO          B．升高溫度             C．增大壓強
（3）反應③能提高CH₃OCH₃的產率，原因是

 

．
（4）將合成氣以

n(H2)

n(CO)

=2通入1L的反應器中，一定條件下發生反應：
4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H，其CO的平衡轉化率隨溫度、壓強變化關系如圖1所示，下列說法正確的是

 

．
A．△H＜0
B．P₁＜P₂＜P₃
C．若在P₃和316℃時，起始時

n(H2)

n(CO)

=3，則達到平衡時，CO轉化率小于50%
（5）采用一種新型的催化劑（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制備二甲醚．觀察圖2回答問題．催化劑中

n(Mn)

n(Cu)

約為

 

時最有利于二甲醚的合成．
（6）圖3為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖，a電極的電極反應式為

 

．
（7）甲醇液相脫水法制二甲醚的原理是：CH₃OH+H₂SO₄→CH₃HSO₄+H₂O，CH₃HSO₄+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄．與合成氣制備二甲醚比較，該工藝的優點是反應溫度低，轉化率高，其缺點是

 

．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）提高CH₃OCH₃產率，則平衡正向移動，根據影響平衡的因素分析；
（3）根據提高CH₃OCH₃產率，則平衡正向移動，根據反應③對反應②的影響分析；
（4）A．根據溫度對CO的轉化率的影響分析；
B．該反應正方向為體積減小的方向，根據壓強對CO轉化率的影響分析；
C．若在P₃和316℃時，起始時

n(H2)

n(CO)

=3，則增大了氫氣的量；
（5）根據圖中生成二甲醚的最大值分析；
（6）酸性條件下，二甲醚失電子生成二氧化碳；
（7）根據硫酸的性質分析．

解答：解：（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1，
根據蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ?mol^-1，
故答案為：-246.1；
（2）A．增大反應物的濃度平衡正移，所以使用過量的CO，能提高CH₃OCH₃產率，故A正確；
B．該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆移，則CH₃OCH₃產率會降低，故B錯誤；
C．該反應正方向為體積減小的方向，所以增大壓強平衡正移，能提高CH₃OCH₃產率，故C正確；
故答案為：AC；
（3）已知反應③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），能消耗水，使反應②中生成為水的量減少，平衡正向移動，所以CH₃OCH₃的量增加；
故答案為：消耗了反應②的H₂O（g）有利于反應②正向進行，同時生成了H₂；
（4）A．由圖可知隨溫度升高，CO的轉化率降低，說明升高溫度平衡逆移，則正方向為放熱反應，故△H＜0，故A正確；
B．該反應正方向為體積減小的方向，增大壓強CO的轉化率增大，所以P₁＞P₂＞P₃，故B錯誤；
C．若在P₃和316℃時，起始時

n(H2)

n(CO)

=3，則增大了氫氣的量，增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉化率增大，所以CO轉化率大于50%，故C錯誤；
故答案為：A；
（5）由圖可知當催化劑中

n(Mn)

n(Cu)

約為2時，CO的轉化率最大，生成二甲醚的最多；
故答案為：2；
（6）酸性條件下，二甲醚在負極失電子生成二氧化碳，其電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
（7）該反應有硫酸參加，因為硫酸是強酸，具有較強的腐蝕性，能腐蝕設備；
故答案為：H₂SO₄腐蝕設備或有硫酸廢液產生．

點評：本題考考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，影響平衡的因素分析判斷，原電池原理的分析應用，題目涉及的知識點較多，綜合性較強，題目難中等．