Question

5．二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，它清潔、高效，具有優(yōu)良的環(huán)保性能．四川是利用天然氣生產(chǎn)二甲醚的重要基地之一．請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）與二甲醚相對(duì)分子質(zhì)量相等且元素種類相同的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式是：C₂H₅OH．
（2）二甲醚可由合成氣（CO+H₂）在一定條件下制得．用合成氣制二甲醚時(shí)，還產(chǎn)生了一種可參與大氣循環(huán)的無機(jī)化合物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式可能是：3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O．
（3）以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池．該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（4）制備二甲醚的合成氣可由甲烷與水蒸氣或二氧化碳經(jīng)高溫催化反應(yīng)制得．合成氣除制二甲醚外，還可用于冶煉金屬，用它冶煉鐵的生產(chǎn)過程如圖所示：
①在催化反應(yīng)室中進(jìn)行的反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，增大體系的壓強(qiáng)對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響是減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
②若有x m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的甲烷進(jìn)入燃燒反應(yīng)室，生成5ykg的鐵，最多可產(chǎn)生合成氣12（x+y）m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 （1）與二甲醚相對(duì)分子質(zhì)量相等且元素種類相同的有機(jī)物為乙醇；
（2）CO+H₂在一定條件下合成二甲醚，可能生成二氧化碳或水；
（3）負(fù)極上二甲醚失去電子；
（4）①催化反應(yīng)室中發(fā)生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），加壓平衡逆向移動(dòng)；
②x m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的甲烷進(jìn)入燃燒反應(yīng)室，發(fā)生CH₄+2O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$CO₂+2H₂O（g），生成3xm³尾氣；在還原反應(yīng)室發(fā)生3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O、3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，生成5ykg的鐵，生成氣體的物質(zhì)的量為Fe的物質(zhì)的量的$\frac{3}{2}$倍，生成氣體體積為$\frac{5y×1{0}^{3}}{56}×\frac{3}{2}mol×22.4mol/L$×10^-3m³/L=3ym³，則在燃燒與反應(yīng)室中產(chǎn)生氣體的總體積為（3x+3y）m³，結(jié)合催化反應(yīng)室中發(fā)生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），可知合成氣的體積為通入二氧化碳和水蒸氣體積的4倍，以此來解答．

解答 解：（1）與二甲醚相對(duì)分子質(zhì)量相等且元素種類相同的有機(jī)物為乙醇，其結(jié)構(gòu)簡式為C₂H₅OH，故答案為：C₂H₅OH；
（2）CO+H₂在一定條件下合成二甲醚，可能生成二氧化碳或水，反應(yīng)為3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O，故答案為：3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O；
（3）負(fù)極上二甲醚失去電子，則堿性電解質(zhì)中該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（4）①催化反應(yīng)室中發(fā)生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），加壓平衡逆向移動(dòng)，甲烷轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：減��；
②x m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的甲烷進(jìn)入燃燒反應(yīng)室，發(fā)生CH₄+2O₂$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$CO₂+2H₂O（g），生成3xm³尾氣；在還原反應(yīng)室發(fā)生3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O、3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，生成5ykg的鐵，生成氣體的物質(zhì)的量為Fe的物質(zhì)的量的$\frac{3}{2}$倍，生成氣體體積為$\frac{5y×1{0}^{3}}{56}×\frac{3}{2}mol×22.4mol/L$×10^-3m³/L=3ym³，則在燃燒與反應(yīng)室中產(chǎn)生氣體的總體積為（3x+3y）m³，在催化反應(yīng)室中發(fā)生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），可知合成氣的體積為通入二氧化碳和水蒸氣體積的4倍，即為4×（3x+3y）m³=12（x+y）m³，故答案為：12（x+y）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池及化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握電極反應(yīng)的書寫、平衡移動(dòng)及制備二甲醚的合成氣涉及的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，（4）為解答的難點(diǎn)，題目難度中等．