Question

14．二甲醚（CH₃OCH₃）是無色氣體，可作為一種新型能源，由合成氣（組成為H₂、CO、少量CO₂）直接制備二甲醚，其中主要過程包括以下四個(gè)反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1
水煤氣變換反應(yīng)：
③CO（g）+H₂O （g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ•mol^-1
二甲醚合成反應(yīng)：
④2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
（1）分析二甲醚合成反應(yīng)④對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（①）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大，生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)③消耗部分CO；
（2）由H₂和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學(xué)方程式為2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1；
（3）有研究者在催化劑（含Cu-Zn-Al-O和Al₂O₃），壓強(qiáng)為5.0MPa的條件下由H₂和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如圖所示．其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移；
（4）二甲醚直接燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃燒燃料電池，若電解質(zhì)為KOH溶液，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）二甲醚合成反應(yīng)④對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)合甲醇合成反應(yīng)，水煤氣變換反應(yīng)和化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，依據(jù)計(jì)算得到的反應(yīng)結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷增大壓強(qiáng)的影響；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡特征和平衡移動(dòng)原理分析；
（4）燃料電池中燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)．

解答 解：（1）二甲醚合成反應(yīng)④對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響，消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（①）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大，生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)（③）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）消耗部分CO，
故答案為：消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（①）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大，生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)③消耗部分CO；
（2）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
④2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×2+④得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1；
（3）CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，是因?yàn)榉磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移；
（4）若電解質(zhì)為堿性，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為二甲醚失電子生成二氧化碳，堿溶液中生成碳酸鹽，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出電極反應(yīng)為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備原理分析，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡移動(dòng)原理的分析判斷，電極方程式的書寫，題目難度中等．