Question

天然气、煤炭气(CO、H₂)的研究在世界上相当普遍。其中天然气和二氧化碳可合成二甲醚，二甲醚与水蒸气制氢气作为燃料电池的氢能源，比其他制氢技术更有优势。主要反应为：

①CH₃OCH₃(g) +H₂O(g) 2CH₃OH(g)     △H= 37Kj·mol^-1

②CH₃OH(g)+H₂O(g) 3 H₂(g)+CO₂(g)    △H =49Kj·mol^-1

③CO₂(g) +H₂(g) CO(g) +H₂O(g)       △H=41.3Kj·mol^-1

其中反应③是主要的副反应，产生的CO对燃料电池Pt电极有不利影响。

请回答下列问题：

（1）二甲醚可以通过天然气和CO₂合成制得，该反应的化学方程式为                     。

（2）CH₃OCH₃(g)与水蒸气制氢气的热化学方程式为                           。

（3）下列采取的措施和解释正确的是                  。（填字母序号）

A．反应过程在低温进行，可减少CO的产生

B．增加进水量，有利于二甲醚的转化，并减少CO的产生

C．选择在高温具有较高活性的催化剂，有助于提高反应②CH₃OH的转化率

D．体系压强升高，虽然对制取氢气不利，但能减少CO的产生

（4）煤炭气在一定条件下可合成燃料电池的另一种重要原料甲醇，反应的化学方程式为：

CO (g) +2H₂(g) CH₃OH(g)  △H <0。现将l0mol CO与20mol H₂置于密闭容器中，在催化剂作用下发生反应生成甲醇，CO的平衡转化率（）与温度、压强的关系如下图所示。

①自反应开始到达平衡状态所需的时间t_A          t_B（填“大于”、“小于”或“等于”）。

②A、C两点的平衡常数K_A             K_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（5）某工作温度为650^oC的熔融盐燃料电池，是以镍合金为电极材料，负极通人煤炭气(CO、H₂)，正极通人空气与CO₂的混合气体，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物做电解质。请写出正极的电极反应式    ____                                   。

 

Answer 1

【答案】

（1）3CH₄+CO₂→2CH₃OCH₃ 

（2） CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)      △H= 135kJ·mol^-1

（3） ABD      （4）①大于    ②大于   （5）O₂+4e-+2CO₂= 2CO₃^2-

【解析】

试题分析：本题是有关化学反应原理的综合题。（1）根据原子守恒书写方程式；（2）给出的三个方程式中第③是副反应，所以CH₃OCH₃(g)与水蒸气制氢气的热化学方程式应是①+2②得到，△H也这样计算。

CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)      △H= 135kJ·mol^-1

（3）A、反应③是吸热反应，降低温度平衡逆向移动，减少CO的产生，正确；B、对反应①、②来说，水是反应物，增加进水量，促进二甲醚的转化；对于反应③，水是生成物，增加水的量会抑制该反应正向进行，减少CO的产生，正确；C、催化剂不能改变反应物的转化率，只能改变反应速率，错误；D、增大压强对于反应②逆向移动，制取的氢气量减少，但对于反应③，增大压强水的浓度增大，使平衡逆向移动，减少CO的产生，正确。（4）B点压强大，反应速率快，先达到平衡，用时少；K只和温度有关，温度高，该反应逆向移动，K值大，所以K_A 大于K_C；书写电极反应式时要确定正极反应物和产物，要明确介质，确定氧的存在微粒。

考点：考查化学反应原理中的热化学书写、平衡移动、电极反应式书写等方面的内容。