Question

（14分）化學在能源開發(fā)與利用中起著十分重要的作用。

（1）蘊藏在海底的可燃冰是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體．被稱之為“未來能源”。在25℃、101 kPa下，1g甲烷完全燃燒生成和液態(tài)水時放熱55.6 kJ。甲烷燃燒的熱化學方程式為 ______：相同條件下，356 g可燃冰（分子式為CH4·9H2O，Mr＝178）釋放的甲烷氣體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水，放出的熱量為_______kJ。

（2）二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體，可作為一種新型能源，具有清潔、高效的優(yōu)良性能。由合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制各二甲醚，其中的主要過程包括以下四個反應：

甲醇合成反應：

（Ⅰ）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g） △H1＝－90.1kJ?mol-1

（Ⅱ）CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g） △H2＝－49.0kJ?mol-1

水煤氣變換反應：（Ⅲ）CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2 （g） △H3＝－41.1kJ?mol-1

二甲醚合成反應：（Ⅳ）2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4＝－24.5kJ?mol-1

①分析二甲醚合成反應(iv)對于CO轉(zhuǎn)化率的影響___________________________________。

②由H2和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學方程式為：__________________。根據(jù)化學反應原理，分析增加壓強對直接制備二甲醚反應的影響_________________________________。

（3）二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點。若電解質(zhì)為堿性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為______________________，一個二甲醚分子經(jīng)過電化學氧化，可以產(chǎn)生________電子的電量。

 

Answer 1

（1）2O2（g）+CH4（g）═CO2（g）+H2O（l） △H＝－889.6kJ/mol 1779.2

（2）①消耗甲醇，促進甲醇合成反應（Ⅰ）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H2O，通過水煤氣變換反應（Ⅲ）消耗部分CO

②2CO（g）+4H2（g）＝CH3OCH3（g）+H2O（g） △H＝－204.7kJ?mol-1

該反應分子數(shù)減少，壓強升高使平衡右移，CO和H2轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加．壓強升高使CO和H2濃度增加，反應速率增大

（3）CH3OCH3＋16OH－－12e－＝2CO32－＋11H2O；12

【解析】

試題分析：（1）1g甲烷完全燃燒生成和液態(tài)水時放熱55.6 kJ，則16g甲烷即1mol甲烷完全燃燒生成和液態(tài)水時放熱55.6 kJ×16＝889.6kJ，因此甲烷燃燒的熱化學方程式為2O2（g）+CH4（g）═CO2（g）+H2O（l） △H＝－889.6kJ/mol。356 g可燃冰（分子式為CH4·9H2O，Mr＝178）中甲烷的質(zhì)量是356g×＝32g，即含有2mol甲烷，所以釋放的甲烷氣體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水，放出的熱量為889.6kJ/mol×2mol＝1779.2kJ。

（2）①二甲醚合成反應（Ⅳ）對于CO轉(zhuǎn)化率的影響，消耗甲醇，促進甲醇合成反應（Ⅰ）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H2O，通過水煤氣變換反應（Ⅲ）CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2 （g）消耗部分CO，故答案為：消耗甲醇，促進甲醇合成反應（Ⅰ）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H2O，通過水煤氣變換反應（Ⅲ）消耗部分CO；

②Ⅰ、CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-90.1kJ?mol-1、Ⅳ、2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4=-24.5kJ?mol-1，依據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅳ得到：2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g） △H＝－204.7kJ?mol-1。該反應是氣體體積減小的反應，增加壓強平衡正向進行，反應速率增大，CO和H2轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加；故答案為：2CO（g）+4H2（g）＝CH3OCH3（g）+H2O（g）△H＝－204.7kJ?mol-1；該反應分子數(shù)減少，壓強升高使平衡右移，CO和H2轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加．壓強升高使CO和H2濃度增加，反應速率增大；

（3）原電池中負極失去電子，則二甲醚在負極發(fā)生氧化反應。若電解質(zhì)為堿性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為二甲醚失電子生成碳酸根，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出電極反應為：CH3OCH3＋16OH－－12e－＝2CO32－＋11H2O ； 根據(jù)負極電極反應式可知一個二甲醚分子經(jīng)過電化學氧化，可以產(chǎn)生12個電子的電量。

考點：考查熱化學方程式書寫、反應熱計算；外界條件對反應速率和平衡狀態(tài)的影響以及原電池原理