Question

【題目】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：① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－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）將合成氣以n(H2)/n(CO)=2通入1 L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．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％

C. △S<0

D．P1<P2<P3

（4）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。

（5）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__________

（6）甲醇液相脫水法制二甲醚的原理是：CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O，CH3 HSO4+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

【答案】 -246.1 AC AC 2.0(2-3之間即可) CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+ H2SO4腐蝕設備或有硫酸廢液產生

【解析】（1）已知合成二甲醚的三步反應如下：①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1=-90.7kJmol-1，②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-23.5kJmol-1，③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H3=-41.2kJmol-1，由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應方程式3H2（g）+3CO（g）CH3OCH3（g）+CO2（g），則△H=2△H1+△H2+△H3=-246.1KJ/mol；
（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）A．由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高CO的轉化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，故△H＜0，故A正確；B．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B錯誤；C．反應的正方向是氣體總物質的量減小的方向，則△S<0 ，故C正確；D．正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，CO的轉化率增大，所以P1＞P2＞P3，故D錯誤；故答案為AC；
（4）由圖可知當催化劑中n(H2)/n(CO)約為2.0時，CO的轉化率最大，生成二甲醚的最多；
（5）由質子交換膜中氫離子移動方向可知，a為負極，b為正極，負極發生氧化反應，甲醚在負極失去電子生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應式為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+；

（6）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。