Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀的新型燃料，具有清潔、高效等優良的性能．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業流程如下：

（1）催化反應室B中CO與H₂合成二甲醚的化學方程式為

2CO+4H₂

催化劑 .

△

CH₃OCH₃+H₂O

．
（2）催化反應室A中發生的反應為：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…（I）
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）…（Ⅱ）
催化反應室C中發生的反應為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）…（Ⅲ）
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）…（Ⅳ）
①已知：原子利用率=

預期產物的相對分子質量

全部生成物質的相對分子質量總和

×100%，試求反應（Ⅳ）的原子利用率為

64%

．
②反應（Ⅳ）的△S

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③在壓強為5MPa，體積為VL的反應室c中，amol CO與20mol H₂在催化劑作用下發生反應（Ⅲ）生成甲醇，CO的’轉化率與溫度的關系如圖．則該反應的△H

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．300℃時該反應的平衡常數K=

a1V2

4a2(1-a1)

（用含字母的代數式表示）．
（3）我國某科研所提供一種堿性“直接二甲醚燃料電池”．該燃料電池負極的電極反應式為：
CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO^2-₃+11H₂O．有人提出了一種利用氯堿工業產品治理含二氧化硫（體積分數為x）廢氣的方法如下：
①將含SO₂的廢氣通入電解飽和食鹽水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；
②將電解飽和食鹽水所得氣體反應后制得鹽酸；
③將鹽酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂氣體回收．
用上述堿性“直接二甲醚燃料電池”電解食鹽水來處理標準狀況下VL的廢氣，計算消耗二甲醚的質量

23V

134.4

g

．

Answer 1

分析：（1）依據流程分析，催化反應室B中CO與H₂生成二甲醚和水；
（2）①依據原子利用率的計算方法計算得到；
②反應前后氣體體積縮小；
③依據圖象分析，隨溫度升高，一氧化碳轉化率減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應；依據平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算得到；
（3）依據化學反應轉化關系，熱量電池電極飽和氯化鈉溶液生成的氫氧化鈉吸收二氧化硫，結合電子守恒進行計算；

解答：解：（1）催化反應室B中CO與H₂生成二甲醚和水，反應的化學方程式為：2CO+4H₂

催化劑 .

△

CH₃OCH₃+H₂O；
故答案為：2CO+4H₂

催化劑 .

△

CH₃OCH₃+H₂O；
（2）①原子利用率=

預期產物的相對分子質量

全部生成物質的相對分子質量總和

×100%，反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的原子利用率=

32

44+6

×100%=64%；
故答案為：64%；
②反應是氣體體積減小的反應，熵變小于0；
故答案為：＜；
③依據圖象CO的轉化率與溫度的關系分析，隨溫度升高，一氧化碳轉化率減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應，△H＜0；依在壓強為5MPa，體積為VL的反應室c中，amol CO與20mol H₂在催化劑作用下發生反應（Ⅲ）生成甲醇，300°C一氧化碳的轉化率為a₁列式：
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  

a

V

      

20

V

        0
變化量（mol/L） 

a

V

×a₁    2×

a

V

×a₁   

a

V

×a₁
平衡量（mol/L）

a

V

-

a

V

×a₁    

20

V

-2×

a

V

  

a

V

×a₁

平衡常數K=

( a V ×a1)

a V - a V ×a1×( 20 V - 2a V )2

=

a1V2

4a2(1-a1)

；
故答案為：

a1V2

4a2(1-a1)

；
（3）CH₃OCH₃一12e^一+16OH^一=2CO^2-₃+11H₂O，2H⁺+2e-=H₂↑，2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，SO₂+NaOH=NaHSO₃，得到CH₃OCH₃～12SO₂，依據條件計算，設二甲醚質量為X；
CH₃OCH₃～12SO₂
46       12mol
x          

V

22，4

mol
x=

23V

134.4

g；
故答案為：

23V

134.4

g

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫方法，化學平衡的分析判斷，平衡常數計算應用，原電池、電解池原理中的電子守恒計算，題目難度中等．