Question

二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型能源，它清潔、高效、具有優良的環保性能．
Ⅰ．工業制備二甲醚的生產流程如下：

催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
（1）甲烷氧化可制合成氣：CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）△H=-35.6kJ/mol，該反應是______反應（填“自發”或“非自發”）．
（2）催化反應室中總反應3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=______．830℃時反應③的K=1.0，則在催化反應室中反應③的K______1.0（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）上述流程中，可循環使用的物質有______．
Ⅱ．如圖為綠色電源“直接二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖．
（1）b電極是______極．
（2）a電極的反應式為______．

Answer 1

【答案】分析：Ⅰ、（1）依據自發進行的判斷依據為△H-T△S＜0，是自發進行的反應；△H-T△S＞0，是非自發進行的反應；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式進行計算應用；催化反應室內的反應條件是壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃；結合化學平衡影響因素分析判斷；
（3）依據反應過程中的中間產物是可以循環利用的物質；
Ⅱ、反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，b為正極，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子．
解答：解：I．（1）甲烷氧化可制合成氣：CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）△H=-35.6kJ/mol，△S＞0，△H＜0，；△H-T△S＜0，反應能自發進行，故答案為：自發；
（2）催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應．
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
依據蓋斯定律①×2+②+③得到：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol；
830℃時反應③的K=1.0，則在催化反應室中，壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃，溫度降低．平衡正向進行，反應③的K增大；
故答案為：-246.1kJ/mol；＞；
（3）依據催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應．
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
CO、甲醇和水，是中間產物，H₂也可以部分循環，故答案為：CO、H₂、甲醇和水；
II．反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，二甲醚放電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⁺，b為正極，氧氣得到電子發生還原反應，故答案為：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．
點評：本題考查了反應自發進行的判斷依據，蓋斯定律的計算應用，平衡影響因素的分析判斷，原電池的電極判斷，電極反應書寫應用，題目難度中等．