Question

天然氣、煤炭氣(CO、H₂)的研究在世界上相當(dāng)普遍。其中天然氣和二氧化碳可合成二甲醚，二甲醚與水蒸氣制氫氣作為燃料電池的氫能源，比其他制氫技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)。主要反應(yīng)為：

①CH₃OCH₃(g) +H₂O(g) 2CH₃OH(g)     △H= 37Kj·mol^-1

②CH₃OH(g)+H₂O(g) 3 H₂(g)+CO₂(g)    △H =49Kj·mol^-1

③CO₂(g) +H₂(g) CO(g) +H₂O(g)       △H=41.3Kj·mol^-1

其中反應(yīng)③是主要的副反應(yīng)，產(chǎn)生的CO對(duì)燃料電池Pt電極有不利影響。

請(qǐng)回答下列問題：

（1）二甲醚可以通過天然氣和CO₂合成制得，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為                     。

（2）CH₃OCH₃(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式為                           。

（3）下列采取的措施和解釋正確的是                  。（填字母序號(hào)）

A．反應(yīng)過程在低溫進(jìn)行，可減少CO的產(chǎn)生

B．增加進(jìn)水量，有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化，并減少CO的產(chǎn)生

C．選擇在高溫具有較高活性的催化劑，有助于提高反應(yīng)②CH₃OH的轉(zhuǎn)化率

D．體系壓強(qiáng)升高，雖然對(duì)制取氫氣不利，但能減少CO的產(chǎn)生

（4）煤炭氣在一定條件下可合成燃料電池的另一種重要原料甲醇，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

CO (g) +2H₂(g) CH₃OH(g)  △H <0�，F(xiàn)將l0mol CO與20mol H₂置于密閉容器中，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，CO的平衡轉(zhuǎn)化率（）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。

①自反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時(shí)間t_A          t_B（填“大于”、“小于”或“等于”）。

②A、C兩點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A             K_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（5）某工作溫度為650^oC的熔融鹽燃料電池，是以鎳合金為電極材料，負(fù)極通人煤炭氣(CO、H₂)，正極通人空氣與CO₂的混合氣體，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物做電解質(zhì)。請(qǐng)寫出正極的電極反應(yīng)式    ____                                   。

 

Answer 1

【答案】

（1）3CH₄+CO₂→2CH₃OCH₃ 

（2） CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)      △H= 135kJ·mol^-1

（3） ABD      （4）①大于    ②大于   （5）O₂+4e-+2CO₂= 2CO₃^2-

【解析】

試題分析：本題是有關(guān)化學(xué)反應(yīng)原理的綜合題。（1）根據(jù)原子守恒書寫方程式；（2）給出的三個(gè)方程式中第③是副反應(yīng)，所以CH₃OCH₃(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式應(yīng)是①+2②得到，△H也這樣計(jì)算。

CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) 6H₂(g)+2CO₂(g)      △H= 135kJ·mol^-1

（3）A、反應(yīng)③是吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡逆向移動(dòng)，減少CO的產(chǎn)生，正確；B、對(duì)反應(yīng)①、②來說，水是反應(yīng)物，增加進(jìn)水量，促進(jìn)二甲醚的轉(zhuǎn)化；對(duì)于反應(yīng)③，水是生成物，增加水的量會(huì)抑制該反應(yīng)正向進(jìn)行，減少CO的產(chǎn)生，正確；C、催化劑不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，只能改變反應(yīng)速率，錯(cuò)誤；D、增大壓強(qiáng)對(duì)于反應(yīng)②逆向移動(dòng)，制取的氫氣量減少，但對(duì)于反應(yīng)③，增大壓強(qiáng)水的濃度增大，使平衡逆向移動(dòng)，減少CO的產(chǎn)生，正確。（4）B點(diǎn)壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率快，先達(dá)到平衡，用時(shí)少；K只和溫度有關(guān)，溫度高，該反應(yīng)逆向移動(dòng)，K值大，所以K_A 大于K_C；書寫電極反應(yīng)式時(shí)要確定正極反應(yīng)物和產(chǎn)物，要明確介質(zhì)，確定氧的存在微粒。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理中的熱化學(xué)書寫、平衡移動(dòng)、電極反應(yīng)式書寫等方面的內(nèi)容。