Question

【题目】二甲醚（CH3OCH3）被称为“21 世纪的清洁燃料”。利用甲醇脱水可制得二甲醚，反应方程式如下： 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH1

(1)二甲醚亦可通过合成气反应制得，相关热化学方程式如下：

2H2（g）+ CO（g） CH3OH（g） ΔH2

CO（g）+ H2O（g） CO2（g）+ H2(g) ΔH3

3H2（g）+ 3CO（g） CH3OCH3（g）+ CO2 (g) ΔH4

则ΔH1＝ ________（用含有ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式表示）。

(2)经查阅资料，上述反应平衡状态下 Kp 的计算式为: （Kp 为以分压表示的平衡常数，T 为热力学温度）。且催化剂吸附 H2O(g)的量会受压强影响，从而进一步影响催化效率。)

①在一定温度范围内，随温度升高，CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向_______ （填“增大”、“不变”或“减小”）。

②某温度下（此时 Kp=100），在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的分压如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
分压/MPa	0.50	0.50	0.50

此时正、逆反应速率的大小：v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

③200℃时，在密闭容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为 _______（填标号）。

A．＜ B． C．~ D． E．＞

④300℃时，使 CH3OH(g)以一定流速通过催化剂，V/F (按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请解释甲醇转化率随压强（压力）变化的规律和产生这种变化的原因，规律__________________________，原因_______________________。

(3)直接二甲醚燃料电池有望大规模商业化应用，工作原理如图2所示。

①该电池的负极反应式为：_______________。

②某直接二甲醚燃料电池装置的能量利用率为 50%，现利用该燃料电池电解氯化铜溶液，若消耗 2.3g 二甲醚，得到铜的质量为_______ g。

Answer 1

【答案】ΔH4-2ΔH2- ΔH3 减小 ＞ C 规律：压强增大，甲醇转化率减小 原因：压强增大，催化剂吸附水分子的量增多，催化效率降低 CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+ 9.6g

【解析】

(1)结合已知热化学反应方程式，根据盖斯定律解答；

(2)①根据温度对2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)反应的平衡移动的影响分析；

②结合反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)，根据表格数据，比较Qp与Kp的大小，确定反应进行方向，进而判断正、逆反应速率的大小；

③200℃时，根据（Kp 为以分压表示的平衡常数，T为热力学温度）计算平衡时Kp，结合反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)判断达平衡状态时体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数；

④300℃时，根据图1中曲线随压强的变化分析变化规律；

(3)①该电池为燃料电池，燃料电池中一般燃料做负极，燃料燃烧生成二氧化碳和水，据此书写负极反应式；

②计算2.3g 二甲醚完全燃烧时转移电子的物质的量，再根据电子守恒计算生成铜的质量。

(1)已知：①2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g) ΔH2

②CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH3

③3H2(g)+ 3CO(g) CH3OCH3(g)+ CO2 (g) ΔH4

由盖斯定律可知，③-①×2-②得2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)ΔH1=ΔH4-2ΔH2- ΔH3；

(2)①，则Kp=，温度越高，越小，越小，即Kp越小，反应向逆向进行倾向增大，则CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向减小；

②结合反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)可知Qp==1＜Kp=100，则反应正向进行，则v正 ＞v逆；

③200℃时，根据:＝3.52，则Kp＞1。若反应初始投入CH3OH(g)1mol，完全反应全部转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)，根据反应比例关系，CH3OCH3(g)和H2O(g)各占一半，即CH3OCH3(g)的物质的量分数为，由于反应为可逆反应，不可能完全转化，反应平衡时，CH3OCH3(g)的物质的量分数小于；如果平衡时三种物质的含量相同，即均为1/3，由于反应前后体积不变，则此时Kp＝1，因此要使Kp＞1，则CH3OCH3(g)的物质的量分数一定大于。答案选C；

④300℃时，根据图1中曲线随压强的变化规律：当压强越大，甲醇转化率减小；根据反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)，反应前后气体体积不变，平衡不随压强的变化发生移动，出现该图曲线变化的原因是：压强增大，催化剂吸附水分子的量增多，催化效率降低；

(3)①该电池为燃料电池，燃料电池中一般燃料做负极，负极发生氧化反应，燃料燃烧生成二氧化碳和水，结合装置如图 2，负极反应式：CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+；

②负极反应式为CH3OCH3 -12e-＋3H2O＝2CO2＋12H+，2.3g 二甲醚物质的量为=0.05mol，二甲醚燃料电池装置的能量利用率为50%时，转移电子的物质的量=0.05mol×12×50%=0.3mol，根据Cu2++2e-=Cu，则生成铜的物质的量=×0.3mol=0.15mol，质量为0.15mol×64g/mol=9.6g。