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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷266
二甲醚又称甲醚,是一种十分重要的化工原料,在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。一定条件下,利用合成气(CO、H2)合成二甲醚,其中主要包括以下三个相互联系的反应:
i.合成气合成甲醇:CO(g) +2H2 (g) CH3OH(g);
ii.甲醇脱水生成二甲醚:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(g);
iii.水煤气变换反应:CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g)。
请回答下列问题:
(1)已知相关物质变化的焓变如图1所示,写出CO直接加氢合成二甲醚的热化学方程式: _______

(2)有研究者在催化剂(CuO/ZnO/Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由CO和H2直接制备二甲醚,结果如图2所示,其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_______

(3)实验室模拟上述合成过程,在1 L恒容密闭容器中充入6 mol CO和6 mol H2,连续发生以上i、ii、iii反应,2 h后达到平衡,测得混合体系中各组分浓度如下表:
物质H2CH3OHH2OCO2
物质的量浓度/(mol·L-1)l.440. 780. 120.84
①平衡后,整个过程中CO的转化率为_______;v(CH3OCH3)=_______mol· L-1· h-1
②反应ii的K=_______(保留两位小数)。
(4)合成气可做燃料电池的燃料。一种熔融盐燃料电池的工作原理如图所示,电极A上H2参与的电极反应为 _______,假设催化炉产生的CO与H2的物质的量之比为2:1,电极A处产生的CO2有部分参与循环利用,其利用率为_______
2022·山西晋中·二模
知识点:盖斯定律与热化学方程式化学平衡的移动及其影响因素化学平衡图像分析原电池电极反应式书写 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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二甲醚是一种十分重要的化工原料,可用来制杀虫剂、抛光剂、防锈剂、烷基化剂、溶剂等,工业上利用“一步法”合成二甲醚的总反应为2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=—221.51 kJ·mol-1,回答下列问题:
(1)600 °C时,在复合催化剂CuO/ZnO/Al2O3上合成二甲醚的过程如下:
ⅰ.合成气合成甲醇:CO(g) +2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
ⅱ.甲醇脱水生成二甲醚:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=—20.59 kJ·mol-1
ⅲ.水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH3=—38.7 kJ·mol-1
①ΔH1=___________ kJ·mol-1
②传统合成法将反应i、ii分别在不同的反应器中进行,“一步法”连续发生以上i、ii、iii三步反应,“一步法”的优点是___________
(2)实验室模拟上述“一步法”合成过程,在1 L容器中充入6 molCO和6 mol H2,t h后达到平衡,测得混合体系中各组分浓度如下表:
物质H2CH3OHH2OCO2
物质的量浓度/(mol· L-1)1.9560.720.0840.756

平衡后,整个过程中CO的转化率为___________,第ii步反应放出的热量为___________kJ(保留一位小数),v(CH3OCH3)=___________mol· L-1·h-1,第ii步反应的K=___________(保留两位小数)。
(3)第iii步反应机理中,调控反应条件,CO和OH在催化剂上相互作用得到CO2和H的氧化还原机理和羧基机理的两种不同途径如图所示。

分析图象可知,以上过程为___________ ( 填“放热”或“吸热”)过程,从第一步来看,___________ (填“氧化还原机理”或“羧基机理”)对合成有利,最终选择另一反应机理途径更有利的原因是___________
二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(i)CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) ∆H1 = -90.1kJ•mol-1
(ii)CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ∆H2 = -49.0kJ•mol-1
水煤气变换反应:
(iii)CO(g) + H2O(g) = CO2(g) +H2 (g) ∆H3 = -41.1kJ•mol-1
二甲醚合成反应:
(iV)2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) ∆H4 = -24.5kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是_______(以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(iV)对于CO转化率的影响_______
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为_______。根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响_______
(4)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。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_______

(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度等于甲醇直接燃料电池(5.93kW•h•kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为_______,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生_______个电子的能量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=_______(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW•h = 3.6×106J)。
二甲醚是一种重要的清洁燃料,可替代氟氯代烷作制冷剂,利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g) ΔH=-90.8 kJ·mol-1
2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)   ΔH=-23.5 kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3 kJ·mol-1
请回答下列问题。
(1)由 H2和CO直接制备二甲醚的总反应:3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=________。一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的平衡转化率,可以采取的措施有________(填字母代号)。
a.高温高压               b.加入催化剂               c.分离出CO2
d.增加CO的量        e.分离出二甲醚
(2)某温度下反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400。此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质CH3OHCH3OCH3H2O
浓度/(mol·L-10.440.60.6
①比较此时正、逆反应速率的大小:v___(填“>”“<”或“=”)v
②若加入CH3OH后,经10 min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=________,该时间段内v(CH3OH)=________
(3)有研究者在催化剂(含Cu—Zn—Al—O和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,在相同时间内测得CH3OCH3产率随温度变化的曲线如图甲所示。其中CH3OCH3产率随温度升高而降低的原因可能是_____________________________________

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点,可用于电化学降解治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3-的原理如图乙所示。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应式为____________________;若电解过程中转移了2 mol电子,则阳极室减少的质量为_________g。

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