二甲醚(CH
3OCH
3)具有優(yōu)良的燃燒性能,被稱為21世紀(jì)的“清潔能”.一步法合成二甲醚以(CO/H
2)為原料,在一定溫度、壓強和催化劑作用下進(jìn)行,反應(yīng)器中發(fā)生了下列反應(yīng):
①CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g),△H
1=-90kJ?mol
-1②2CH
3OH(g)?CH
3OCH
3(g)+H
2O(g),△H
2=-23kJ?mol
-1③CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g),△H
3=-41kJ?mol
-1(1)一步法合成二甲醚的3CO(g)+3H
2(g)?CH
3OCH
3(g)+CO
2(g)的△H=
,該反應(yīng)在
自發(fā)(填“高溫”或“低溫”).有研究者在催化劑(含Cu-Zn-Al-O和Al
2O
3),壓強為5.0MPa的條件下由H
2和CO直接制備二甲醚,結(jié)果如圖1所示.其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是
.
(2)另一種合成二甲醚的方法稱為“二步法”,該工藝為讓反應(yīng)①和反應(yīng)②分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行,無反應(yīng)③發(fā)生,而“一步法”的反應(yīng)③的發(fā)生提高了CH
3OCH
3的產(chǎn)率,原因是
.
(3)由CO
2加氫直接合成二甲醚可以消除過度CO
2排放對環(huán)境的影響.當(dāng)在合成反應(yīng)器中加入碳?xì)浔?span id="vflnjv9" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">
為1:3的混合,在一定條件下反應(yīng)得到二甲醚和水蒸氣,實現(xiàn)了CO
2的減排目的.該反應(yīng)的反應(yīng)方程式為
;
(。┡袛嘣摲磻(yīng)在一定溫度下,體積恒定的密閉容器中下列不能作為達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是
.
A.容器的密度不變
B.容器內(nèi)壓強保持不變
C.平均摩爾質(zhì)量保持不變
D.單位時間內(nèi)消耗2mol CO
2,同時消耗1mol二甲醚
(ⅱ)相同溫度下,在兩個設(shè)備中進(jìn)行上述反應(yīng),某時刻設(shè)備中各氣態(tài)物質(zhì)的濃度及正逆反應(yīng)速率關(guān)系如表:
設(shè)備編號 | c(CO2) /mol?L-1 | c(H2) /mol?L-1 | c(CH3OCH3) /mol?L-1 | c(H2O) /mol?L-1 | v(正)和v(逆)比較 |
Ⅰ | 1.0×10-2 | 1.0×10-2 | 1.0×10-4 | 1.0×10-4 | v(正)=v(逆) |
Ⅱ | 2.0×10-2 | 1.0×10-2 | 1.0×10-4 | 2.0×10-4 | |
判斷設(shè)備Ⅰ中的反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)(填“是”或“否”)
,該溫度下的平衡常數(shù)K=
;推測表中空格處v
(正)與v
(逆)的關(guān)系,并寫出推測過程)
;
(4)如圖2為綠色電“直接二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖,寫出以石墨為電極的電池工作時負(fù)極電極反應(yīng)式為
.