Question

29.二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，它清潔、高效，具有優良的環保性能。四川是利用天然氣生產二甲醚的重要基地之一。

請填寫下列空白：

（l）與二甲醚相對分子質量相等且元素種類相同的有機物的結構簡式是：_________________________。

（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，還產生了一種可參與大氣循環的無機化合物，該反應的化學方程式可能是：______________________________。

（3）以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池。該電池中負極上的電極反應式是：______________________________________________________。  

（4）制備二甲醚的合成氣可由甲烷與水蒸氣或二氧化碳經高溫催化反應制得。合成氣除制二甲醚外，還可用于冶煉金屬，用它冶煉鐵的生產過程可示意如下：

①在催化反應室中進行的反應均為可逆反應.增大體系的壓強對甲烷轉化率的影響是__________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

②在上述煉鐵過程的某時間段內，若有x m³（標準狀況）的甲烷進入燃燒室中充分燃燒，還原反應室有5 y kg（即×10³mol）鐵生成，假設燃燒室與還原反應室產生的高溫尾氣全部進人催化反應室，則這些高溫尾氣在理論上可產生合成氣_______m³（標準狀況）。

Answer 1

（1）CH₃CH₂OH、HCOOH

（2）3CO+3H₂＝CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂＝CH₃OCH₃+H₂O

（3）CH₃OCH₃+16OH^--12e^-＝2+11H₂O

（4）①減小　②12(x+y）

解析：本題以二甲醚為載體，考查考生綜合應用同分異構體，原電池及化學平衡等內容解決實際問題的能力。

(1)由于醇與等碳原子數的醚為同分異構體，顯然相對分子質量相等，C₂H₅OH符合條件，由于1 mol O的質量等于1 mol CH₄的質量。1 mol碳的質量等于12 mol H的質量，在C₂H₆O的基礎上去掉1個CH₄而同時增加一個氧即CH₂O₂應符合條件，經驗證，沒有其他的分子符合題意。

(2)根據質量守恒定律及氧化還原反應規律可得如下符合條件的化學方程式：3CO+3H₂===CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂===CH₃OCH₃+H₂O。

(3)由原電池原理可知負極發生氧化反應失電子，由于CH₃OCH₃被氧化的產物在堿性溶液中不能存在，故負極反應產物應為CO和H₂O，即CH₃OCH₃+16OH^－－12e^－===2CO+11H₂O。

(4)由CH₄+H₂O(g)CO+3H₂①和反應CH₄+CO₂2CO+2H₂②知，增大壓強可使上述平衡向逆反應方向移動，減少CH₄的轉化率。由反應CH₄+2O₂CO₂+2H₂O知

x m³的CH₄可產生3x m³的CO₂與H₂O的混合氣體；又由Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂，Fe₂O₃+3H₂2Fe+3H₂O知，生成·10³ mol的Fe產生3y m³的高溫尾氣，故由反應①②知最后可得合成氣12(x+y) m³。