Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，具有清潔、高效等優(yōu)良的性能．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下：

（1）催化反應(yīng)室B中CO與H₂合成二甲醚的化學(xué)方程式為

2CO+4H₂

催化劑 .

△

CH₃OCH₃+H₂O

．
（2）催化反應(yīng)室A中發(fā)生的反應(yīng)為：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…（I）
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）…（Ⅱ）
催化反應(yīng)室C中發(fā)生的反應(yīng)為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）…（Ⅲ）
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）…（Ⅳ）
①已知：原子利用率=

預(yù)期產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量

全部生成物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量總和

×100%，試求反應(yīng)（Ⅳ）的原子利用率為

64%

．
②反應(yīng)（Ⅳ）的△S

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③在壓強(qiáng)為5MPa，體積為VL的反應(yīng)室c中，amol CO與20mol H₂在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)（Ⅲ）生成甲醇，CO的’轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖．則該反應(yīng)的△H

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

a1V2

4a2(1-a1)

（用含字母的代數(shù)式表示）．
（3）我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”．該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：
CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO^2-₃+11H₂O．有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品治理含二氧化硫（體積分?jǐn)?shù)為x）廢氣的方法如下：
①將含SO₂的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；
②將電解飽和食鹽水所得氣體反應(yīng)后制得鹽酸；
③將鹽酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂氣體回收．
用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL的廢氣，計(jì)算消耗二甲醚的質(zhì)量

23V

134.4

g

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)流程分析，催化反應(yīng)室B中CO與H₂生成二甲醚和水；
（2）①依據(jù)原子利用率的計(jì)算方法計(jì)算得到；
②反應(yīng)前后氣體體積縮��；
③依據(jù)圖象分析，隨溫度升高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
（3）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系，熱量電池電極飽和氯化鈉溶液生成的氫氧化鈉吸收二氧化硫，結(jié)合電子守恒進(jìn)行計(jì)算；

解答：解：（1）催化反應(yīng)室B中CO與H₂生成二甲醚和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO+4H₂

催化劑 .

△

CH₃OCH₃+H₂O；
故答案為：2CO+4H₂

催化劑 .

△

CH₃OCH₃+H₂O；
（2）①原子利用率=

預(yù)期產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量

全部生成物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量總和

×100%，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的原子利用率=

32

44+6

×100%=64%；
故答案為：64%；
②反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，熵變小于0；
故答案為：＜；
③依據(jù)圖象CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系分析，隨溫度升高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)，△H＜0；依在壓強(qiáng)為5MPa，體積為VL的反應(yīng)室c中，amol CO與20mol H₂在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)（Ⅲ）生成甲醇，300°C一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為a₁列式：
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  

a

V

      

20

V

        0
變化量（mol/L） 

a

V

×a₁    2×

a

V

×a₁   

a

V

×a₁
平衡量（mol/L）

a

V

-

a

V

×a₁    

20

V

-2×

a

V

  

a

V

×a₁

平衡常數(shù)K=

( a V ×a1)

a V - a V ×a1×( 20 V - 2a V )2

=

a1V2

4a2(1-a1)

；
故答案為：

a1V2

4a2(1-a1)

；
（3）CH₃OCH₃一12e^一+16OH^一=2CO^2-₃+11H₂O，2H⁺+2e-=H₂↑，2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，SO₂+NaOH=NaHSO₃，得到CH₃OCH₃～12SO₂，依據(jù)條件計(jì)算，設(shè)二甲醚質(zhì)量為X；
CH₃OCH₃～12SO₂
46       12mol
x          

V

22，4

mol
x=

23V

134.4

g；
故答案為：

23V

134.4

g

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫方法，化學(xué)平衡的分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，原電池、電解池原理中的電子守恒計(jì)算，題目難度中等．