二甲醚(CH
3OCH
3)具有優(yōu)良的燃燒性能,被稱為21世紀的“清潔能”.一步法合成二甲醚以(CO/H
2)為原料,在一定溫度、壓強和催化劑作用下進行,反應器中發(fā)生了下列反應:
①CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g),△H
1=-90kJ?mol
-1②2CH
3OH(g)?CH
3OCH
3(g)+H
2O(g),△H
2=-23kJ?mol
-1③CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g),△H
3=-41kJ?mol
-1(1)一步法合成二甲醚的3CO(g)+3H
2(g)?CH
3OCH
3(g)+CO
2(g)的△H=
,該反應在
自發(fā)(填“高溫”或“低溫”).有研究者在催化劑(含Cu-Zn-Al-O和Al
2O
3),壓強為5.0MPa的條件下由H
2和CO直接制備二甲醚,結果如圖1所示.其中CO轉化率隨溫度升高而降低的原因是
.
(2)另一種合成二甲醚的方法稱為“二步法”,該工藝為讓反應①和反應②分別在不同的反應器中進行,無反應③發(fā)生,而“一步法”的反應③的發(fā)生提高了CH
3OCH
3的產率,原因是
.
(3)由CO
2加氫直接合成二甲醚可以消除過度CO
2排放對環(huán)境的影響.當在合成反應器中加入碳氫比
為1:3的混合,在一定條件下反應得到二甲醚和水蒸氣,實現了CO
2的減排目的.該反應的反應方程式為
;
(ⅰ)判斷該反應在一定溫度下,體積恒定的密閉容器中下列不能作為達到化學平衡狀態(tài)的依據是
.
A.容器的密度不變
B.容器內壓強保持不變
C.平均摩爾質量保持不變
D.單位時間內消耗2mol CO
2,同時消耗1mol二甲醚
(ⅱ)相同溫度下,在兩個設備中進行上述反應,某時刻設備中各氣態(tài)物質的濃度及正逆反應速率關系如表:
設備編號 | c(CO2) /mol?L-1 | c(H2) /mol?L-1 | c(CH3OCH3) /mol?L-1 | c(H2O) /mol?L-1 | v(正)和v(逆)比較 |
Ⅰ | 1.0×10-2 | 1.0×10-2 | 1.0×10-4 | 1.0×10-4 | v(正)=v(逆) |
Ⅱ | 2.0×10-2 | 1.0×10-2 | 1.0×10-4 | 2.0×10-4 | |
判斷設備Ⅰ中的反應是否達到平衡狀態(tài)(填“是”或“否”)
,該溫度下的平衡常數K=
;推測表中空格處v
(正)與v
(逆)的關系,并寫出推測過程)
;
(4)如圖2為綠色電“直接二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖,寫出以石墨為電極的電池工作時負極電極反應式為
.