Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)是重要的能源物質(zhì)，其制備、應(yīng)用與轉(zhuǎn)化是研究的熱點(diǎn)。

(1) 利用合成氣制備二甲醚主要包含三個(gè)反應(yīng)：

CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)；ΔH＝－90.4 kJ·mol－1

2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)；ΔH＝－23.4 kJ·mol－1

CO(g) ＋H2O(g)=H2(g)＋CO2(g)；ΔH＝－41.0 kJ·mol－1

則3CO(g)＋3H2(g)=CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝________。

(2) 某二甲醚/雙氧水燃料電池的工作原理如圖1所示。電池工作時(shí)，電極A附近溶液pH________(填“減小”“增大”或“不變”)；電極B的電極反應(yīng)式為_____________。

(3) 二甲醚催化羰化制備乙醇主要涉及以下兩個(gè)反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：CO(g)＋CH3OCH3(g)=CH3COOCH3(g)；ΔH1

反應(yīng)Ⅱ：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)=CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g)；ΔH2

反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的平衡常數(shù)的對數(shù)lg K1、lg K2與溫度的關(guān)系如圖2所示；在固定CO、CH3OCH3、H2的原料比、體系壓強(qiáng)不變的條件下，同時(shí)發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ，平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖3所示。

① ΔH1________(填“>”“<”或“＝”)0。

②300～400 K時(shí)，CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是________。

③ 600～700 K時(shí)，CH3COOCH3物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是________。

④ 400 K時(shí)，在催化劑作用下，反應(yīng)一段時(shí)間后，測得CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為10%(圖3中X點(diǎn))。不改變原料比、溫度和壓強(qiáng)，一定能提高CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的措施有________________________。

Answer 1

【答案】－245.2 kJ·mol1 增大 CH3OCH3－12e－＋16OH－=2CO32＋11H2O ＜ 由圖2知，此溫度范圍內(nèi)反應(yīng)Ⅰ較完全；溫度升高，反應(yīng)Ⅱ平衡左移，導(dǎo)致CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)降低 溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡左移超過反應(yīng)Ⅱ平衡左移的幅度 延長反應(yīng)時(shí)間、使用對反應(yīng)Ⅱ催化性能更好的催化劑

【解析】

(1)利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算。

(2)根據(jù)電極的反應(yīng)分析溶液中酸性變化，電極B是CH3OCH3在堿性條件下生成碳酸根。

(3)①根據(jù)溫度變化，平衡常數(shù)的變化得出反應(yīng)熱量變化；②300～400 K時(shí)，根據(jù)圖像中的信息及兩個(gè)反應(yīng)的主次來進(jìn)行分析；③600～700 K時(shí)，根據(jù)分析兩個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，再根據(jù)圖3中各物質(zhì)的曲線變化分析。

(1)利用蓋斯定律將第1個(gè)方程式乘以2加上第2個(gè)方程式，再加上第三個(gè)方程式則3CO(g)＋3H2(g)=CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝－245.2 kJ·mol1；故答案為：－245.2 kJ·mol1。

(2)某二甲醚/雙氧水燃料電池的工作原理如圖1所示。電池工作時(shí)，電極A是H2O2失去電子和磷酸反應(yīng)，因此電極A附近溶液酸性減弱，溶液pH增大；電極B的電極反應(yīng)式為CH3OCH3－12e－＋16OH－=2CO32＋11H2O；故答案為：增大；CH3OCH3－12e－＋16OH－=2CO32＋11H2O。

(3)①升高溫度，lgK1減小，則K1減小，說明平衡逆向移動(dòng)，逆向是吸熱反應(yīng)，正向放熱反應(yīng)，即ΔH1 ＜ 0；故答案為：＜。

②300～400 K時(shí)，CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是由圖2知，此溫度范圍內(nèi)反應(yīng)Ⅰ較完全；溫度升高，反應(yīng)Ⅱ平衡左移，導(dǎo)致CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)降低；故答案為：由圖2知，此溫度范圍內(nèi)反應(yīng)Ⅰ較完全，溫度升高，反應(yīng)Ⅱ平衡左移，導(dǎo)致CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)降低。

③600～700 K時(shí)，根據(jù)分析兩個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，再根據(jù)圖3中各物質(zhì)的曲線變化得到CH3COOCH3物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡左移超過反應(yīng)Ⅱ平衡左移的幅度；故答案為：溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡左移超過反應(yīng)Ⅱ平衡左移的幅度。

④400 K時(shí)，在催化劑作用下，反應(yīng)一段時(shí)間后，測得CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為10%，不改變原料比、溫度和壓強(qiáng)，一定能提高CH3CH2OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的措施有延長反應(yīng)時(shí)間、使用對反應(yīng)Ⅱ催化性能更好的催化劑；故答案為：延長反應(yīng)時(shí)間、使用對反應(yīng)Ⅱ催化性能更好的催化劑。