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解答题-原理综合题 较难0.4 引用5 组卷648
二甲醚是一种重要的化工原料,回答下列问题:
(1)已知:①C(s)+ O2(g)=CO(g)             ∆H1=-111. 8 kJ/mol;
②C(s)+ H2O(g)=CO(g) +H2(g)                 ∆H2 =130 kJ/mol;
③CO(g)+ 2H2(g)=CH3OH(g)                  ∆H3=- 90.1 kJ/mol;
④2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)          ∆H4= -134 kJ/mol。
则CH3OCH3(g)+O2 (g)=2CO(g)+3H2(g)       ∆H=______kJ/mol;该反应能够自发进行所采用的有利条件是______(填“高温”“低温”或“任意温度”)。
(2)在恒温恒压条件下,化工生产上利用二甲醚与氧气为原料制备合成气,实际生产过程中常常添加一定量的水蒸气,其目的是______;研究发现,所得平衡混合气体中H2的体积分数随n(O2)/n(CH3OCH3)变化如图所示,试解释该曲线先变大后减小的原因______

(3)某温度下,在VL的刚性容器中充入4.0molCH3OCH3、2.0molO2及2.0molH2O(g),在催化剂作用下仅发生反应CH3OCH3(g)+O2(g)2CO(g)+3H2(g),实验测得容器中压强与时间变化如图所示。则前2.0min内该反应速率v(CH3OCH3)=______mol·min-1;该温度下其分压平衡常数Kp=______(kPa)3.5(已知=12.2)。

(4)二甲醚燃料电池常采用磺酸类质子溶剂,其工作原理如图所示,则负极的电极反应式为______,若消耗标准状况下5.6LO2,则理论上左右两室溶液质量变化的差为______g。
20-21高三下·湖北武汉·阶段练习
知识点:盖斯定律及其有关计算化学平衡常数的有关计算化学反应自发过程燃料电池原理及优点 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”,由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=___________ kJ·mol-1
(2)在不同温度下,按照相同物质的量投料,发生反应①。测得CO的平衡转化率与压强的关系如图甲所示。下列说法中正确的是___________(填序号)。

A.反应温度:T1>T2 B.混合气体密度:ρ(x)>ρ(w)
C.混合气体平均摩尔质量:M(y)<M(z)          D.反应容器的容积关系:V(w)>2V(y)
(3)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu­Mn合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME)。由图乙可知,催化剂中约为___________时最有利于二甲醚的合成。
(4)恒温恒压条件下,化工生产上若利用二甲醚与氧气为原料制备合成气,反应方程式CH3OCH3(g)+1/2O2(g)2CO(g)+3H2(g)。研究发现,所得平衡混合气体中H2的体积分数随(CH3OCH3)变化如图所示,试解释该曲线先变大后减小的原因___________

(5)高温时,二甲醚蒸气发生分解反应:CH3OCH3(g)CH4(g)+CO(g)+H2(g)。迅速将二甲醚引入一个504 ℃的抽成真空的恒容瓶中,在不同时刻测定瓶内压强p如下表:
t/min01020304050
p/kPa50.078.092.099.0100100
①0—10min,CH4的反应速率为___________kPa/min
②该反应达到平衡状态时,二甲醚的转化率为___________
③该反应的平衡常数Kp=___________。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(6)二甲醚燃料电池常采用磺酸类质子溶剂,其工作原理如图所示,则负极的电极反应式为___________,若消耗标准状况下5.6L O2,则理论上左右两室溶液质量变化的差值为___________g。
以CH4和 H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下:
   
已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566 kJ·mol-1,CH3OCH3 (g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O (g) △H=-1323 kJ·mol-1,2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484 kJ·mol-1
(1)反应室3中发生反应:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)。该反应在一定条件下能自发进行的原因是_____
(2)反应室2中发生反应:2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O (g) △H=_____
(3)反应室1中发生反应:CH4(g)+H2O (g) CO(g)+3H2(g)。对此反应进行如下研究:T℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CH4(g)和H2O (g)进行反应,实验测得反应过程中的部分数据见下表(表中t1<t2):
反应时间/minn(CH4)/moln(H2O)/ mol
01.200.60
t10.80
t20.20
①反应从开始到t1分钟时的平均反应速率为v(H2)=_______mol·L-1·min-1
②若保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60 mol CH4和1.20 mol H2O,反应一段时间后,测得容器中H2的物质的量为0.60 mol,则此时v______v(填“>”、“<”或“=”)。
③若上述反应改变某一条件,测得H2的物质的量随时间变化见图中曲线B(A为原反应的曲线),则改变的条件可能是_________
   
(4)以反应室1出来的CO和H2为燃料,一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质构成的一种碳酸盐燃料电池如右上图所示。
   
①该电池的正极反应式为_____
②若电路中流过4 mol电子,则理论上消耗CO和H2的总体积为________L(标准状况)。
二甲醚(CH3OCH3)作为一种重要的化工原料和环保产品,在化工和医药行业中被广泛用作甲基化剂、气雾剂、制冷剂和各种有机合成原料。回答下列问题:
(1)合成气(CO、H2)一步合成二甲醚的反应为:2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH
已知:
化学键H—HH—OC—HC—OC≡O
E(kJ•mol-1)4364634133431076
①根据上述数据计算ΔH=_____kJ·mol-1;该反应的活化能E_____E(填“>”“=”或“<”)。
②反应物投料比采用n(CO):n(H2)<1:2,则转化率α(CO)_____α(H2)(填“>”“=”或“<”)。
(2)有研究者在催化剂(含Cu—Zn—Al—O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示。260℃或270℃时,CH3OCH3产率与CO转化率相差较大,合理的解释是_____。图中最高产率对应的温度为290℃,低于290℃时,二甲醚的产率_____ (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是_____

(3)二甲醚可以用甲醇脱水直接制备:2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)。某温度下,该反应的Kp=10,在密闭容器中通入一定量的CH3OH,反应到某时刻测得各组分的分压如下:
物质CH3OCH3CH3OHH2O
压强/MPa0.750.250.25
此时正、逆反应速率的大小:v_______v(填“>”“=”或“<”)。
(4)二甲醚直接燃料电池的工作原理如图所示:

①该电池的负极反应式为_______
②已知:能量利用率=×100%。现利用该燃料电池电解水制备氢气,若消耗9.200g二甲醚,产生标准状况下的H217.92L,则能量利用率为_______

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