Question

甲醇（CH₃OH）和二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下：

請(qǐng)?zhí)羁眨?br />（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是

Ⅰ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
（2）在一定條件下，已知反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣體CO₂，其化學(xué)方程式為

3CO+3H₂?CH₃OCH₃+CO₂

．
（3）若利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
則反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=

-246.4

 kJ/mol．
（4）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖1所示的電池裝置．則該電池正極的電極反應(yīng)為：

O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-

．

（5）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池（如圖2所示）是以酸性溶液為電解質(zhì)溶液，甲醇從一個(gè)電極通入，O₂從另一電極通入，中間為質(zhì)子交換膜，通入甲醇的一極電極反應(yīng)式為：

CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂

．

Answer 1

分析：（1））“原子經(jīng)濟(jì)”原則是指原子利用率高的原則；
（2）依據(jù)流程分析判斷是一氧化碳和氫氣反應(yīng)生成二甲醚和二氧化碳；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式 和蓋斯定律計(jì)算得到；
（4）燃料電池的正極反應(yīng)是氧氣得電子的過(guò)程，總反應(yīng)是燃料的燃燒反應(yīng)；
（5）酸性電解質(zhì)溶液中甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳．

解答：解：（1）化合反應(yīng)的原子利用率最高，為100%，故答案為：Ⅰ；
（2）已知反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣體CO₂，其化學(xué)方程式為3CO+3H₂?CH₃OCH₃+CO₂，故答案為：3CO+3H₂?CH₃OCH₃+CO₂；
（3）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律②+③+①×2得到3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4KJ/mol；
則反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4KJ/mol
故答案為：-246.4；
（4）甲醇燃燒的反應(yīng)原理是：正極反應(yīng)一定是氧氣得電子的過(guò)程，在堿性環(huán)境下，得到氫氧根離子，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（5）以酸性溶液為電解質(zhì)溶液，甲醇從一個(gè)電極通入，O₂從另一電極通入，中間為質(zhì)子交換膜，通入甲醇的一極電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，原電池原理應(yīng)用，電極反應(yīng)書寫方法，題目難度中等．