Question

【題目】二甲醚（CH3OCH3）和甲醇（CH3OH）被稱為21世紀的新型燃料，具有清潔、高效等優良的性能。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業流程如圖：

（1）催化反應室B中CO與H2合成二甲醚的化學方程式為___。

（2）催化反應室A中發生的反應為：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……（Ⅰ）

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)……（Ⅱ）

催化反應室C中發生的反應為：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……（Ⅲ）

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)……（Ⅳ）

①已知：原子利用率=×100%。試求反應（Ⅳ）的原子利用率為___。

②反應（Ⅳ）的△S___0（填“＞”、“＝”或“＜”）。

③在壓強為5MPa，體積為V L的反應室c中，a mol CO與2a mol H2在催化劑作用下發生反應（Ⅲ）生成甲醇，CO的轉化率與溫度的關系如圖。則該反應的△H___0（填“＞”、“＝”或“＜”）。300℃時該反應的平衡常數K=___（用含字母的代數式表示）。

（3）我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”。該燃料電池負極的電極反應式為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。有人提出了一種利用氯堿工業產品治理含二氧化硫（體積分數為x）廢氣的方法如下：

①將含SO2的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中，得NaHSO3溶液；

②將電解飽和食鹽水所得氣體反應后制得鹽酸；

③將鹽酸加入 NaHSO3溶液中得SO2氣體回收。

用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標準狀況下V L的廢氣，計算消耗二甲醚的質量___。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】2CO+4H2=CH3OCH3+H2O 64% < < g

【解析】

（1）催化反應室B中CO與H2合成二甲醚，由元素守恒可知有水生成，反應方程式為：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O；

（2）①由原子利用率定義可知，反應（Ⅳ）的原子利用率=×100%=×100%=×100%=64%；

②反應（Ⅳ）是氣體物質的量減小的反應，混亂度減小，故△S<0；

③由圖開始，隨溫度升高，CO的轉化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動，正反應為放熱反應，則△H<0；

300℃平衡時CO轉化率為α1，則：

CO（g）+2 H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：a 2a 0

變化量（mol）：aα1 2aα1 aα1

平衡量（mol）：a（1-α1） 2a（1-α1） aα1

平衡常數K===；

（3）含二氧化硫的廢氣為VL，二氧化硫體積分數為x，則含有二氧化硫體積為Vx L；電解飽和食鹽水時陰極電極式為：4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，將含SO2的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中發生的反應為SO2+ OH-= HSO3-，由整個過程、結合電子轉移守恒可得關系式CH3OCH3～12e－～12OH-～12SO2，設消耗二甲醚的質量為m，則：

CH3OCH3～12SO2

46g 12×22.4L

m Vx L

所以m==g。