Question

（16分）二甲醚是重要的有机中间体，利用二氧化碳加氢合成二甲醚能变废为宝，且可替代汽油作为新型清洁燃料。

（1）常温常压下，二氧化碳加氢可选择性生成二甲醚或一氧化碳：

①CO2 (g)＋3H2(g)＝CH3OH(l)＋H2O(l) △H1 ＝－55.7 kJ/mol

②2CH3OH(l) ＝ CH3OCH3(g)＋H2O (l) △H2 ＝－23.4 kJ/mol

③CO2 (g)＋3H2(g) ＝CO (g) + H2O (l) △H 3>0

则CO2(g)加氢转化为CH3OCH3(g)和H2O (l)的热化学方程式是___________________________________________________。

（2）合成二甲醚往往选用硅铝混合物作催化剂，硅铝比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同。下图是硅铝比与产物选择性图：

反应③的平衡常数表达式为 ，图中A点和B点的平衡常数比较：KA______KB（填“>、=、<”）。根据以上两条曲线，写出其中一条变化规律： ___________________。

（3）在280oC时，向一个2L的密闭容器中加入等量2mol二氧化碳和氢气， A点二甲醚的浓度为0.15 mol·L－1，计算在A点二氧化碳的转化率，要求写出计算过程。

（4）二甲醚逐渐发展为替代汽油的清洁燃料，在二甲醚燃料电池中，二甲醚通入______极，碱性条件下，该电极反应式是 。

 

Answer 1

（1）2CO2(g)+6H2(g) = CH3OCH3(g)+3 H2O(l) △H ＝－134.8kJ/mol （3分）

（2）K=（2分） “=” （2分）

a.温度越高，二甲醚的选择性越大；b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小。（其它正确答案均可得分，2分）

（3）起始状态c(H2)=c(CO2)=2mol/2L=1mol/L

2CO2+6H2=CH3OCH3+ 3H2O

c(起始) 1.00mol/L 1.00mol/L 0 0

c(转化) 0.30mol/L 0.90mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

c(平衡) 0.70mol/L 0.10mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

CO2的转化率=（2分，答案正确且有过程均给2分）

（4）负 （2分） CH3OCH3+16OH-－12e-═2CO32-+11H2O （3分，配平错误只扣1分）

【解析】

试题分析：（1）CO2(g)加氢转化为CH3OCH3(g)和H2O (l)的热学方程式2CO2(g)+6H2(g)= CH3OCH3(g)+3H2O(l)，根据盖斯定律，分析反应①、②及该反应的关系可知，将①式乘以2并加上②式可得该反应，故△H ＝2△H1+△H2=－23.4 kJ/mol ×2+（－55.7 kJ/mol）=－134.8kJ/mol；（2）反应③中的生成物水是纯液体，浓度为常数，故平衡常数表达式为： K=；平衡常数只受温度影响，图中280oC下的A点和B点的平衡常数相等；从图中两条曲线的变化趋势及对比情况可以看出：230oC的曲线变化相对平缓，280oC的曲线变化程度较大且先升后降，280oC二甲醚物质的量分数较大，温度升高，二甲醚的物质的量浓度的变化受影响的程度也有所改变等，故可以概括为：a.温度越高，二甲醚的选择性越大；b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小；等等。

（3）依题意可知，起始状态c(H2)=c(CO2)=2mol/2L=1mol/L

2CO2 + 6H2 = CH3OCH3 + 3 H2O

c(起始) 1.00mol/L 1.00mol/L 0 0

c(转化) 0.30mol/L 0.90mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

c(平衡) 0.70mol/L 0.10mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L

CO2的转化率=

（4）在二甲醚燃料电池中，二甲醚作为燃料，氧气作为氧化剂，故二甲醚应通入负极，碱性条件下，燃料电池中负极上燃料失电子发生氧化反应，该电极反应式为： CH3OCH3+16OH-－12e-═2CO32-+11H2O 。

考点：考查热化学方程式、化学平衡常数的应用及燃料电池电极反应式。