新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的...

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×105Pa测定）：

①CH3OCH3（g) + H2O（l) 2 CH3OH（l)　 △H＝＋24.52kJ/mol

②CH3OH（l) + H2O（l) CO2（g) + 3H2（g)　 △H＝＋49.01kJ/mol

③CO（g) + H2O（l) CO2（g) + H2（g)　 △H＝－41.17kJ/mol

④CH3OH（l) CO （g) + 2H2（g)　 △H＝＋90. 1kJ/mol

请回答下列问题：

（1）写出用二甲醚制H2同时全部转化为CO2时反应的热化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=　　　　　　　　 。

（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为_______。

A．容器内气体密度保持不变　　　　　 B．气体的平均相对分子质量保持不变

C．CO的体积分数保持不变　　　　　　 D．CO与H2的物质的量之比保持1:2不变

（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，

①你认为反应控制的最佳温度应为___________。

A．300～350℃　 　　 B．350～400℃

C．400～450℃　 　　 D．450～500℃

②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO2以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H2体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是__________（用相应的化学方程式表示）。

（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t1时刻升温，在t1与t2之间某时刻达到平衡；t2时刻添加催化剂，CO2的百分含量随时间变化图像。

（6）一定条件下，如图示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　 。

高三化学简答题极难题查看答案及解析

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×105Pa测定）：

①CH3OCH3(g) + H2O(l) 2 CH3OH(l)　 △H＝＋24.52kJ/mol

②CH3OH(l) + H2O(l) CO2(g) + 3H2(g)　 △H＝＋49.01kJ/mol

③CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2(g)　 △H＝－41.17kJ/mol

④CH3OH(l) CO (g) + 2H2(g)　 △H＝＋90. 1kJ/mol

请回答下列问题：

（1）写出用二甲醚制H2同时全部转化为CO2时反应的热化学方程式___________。

（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=___________。

（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为___________。

A．容器内气体密度保持不变　　　　　

B．气体的平均相对分子质量保持不变

C．CO的体积分数保持不变　　　　　　

D．CO与H2的物质的量之比保持1:2不变

（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，

①你认为反应控制的最佳温度应为___________。

A．300～350℃ 　　 B．350～400℃ 　　 C．400～450℃ 　　 D．450～500℃

②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO2以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H2体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是___________（用相应的化学方程式表示）。

（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t1时刻升温，在t1与t2之间某时刻达到平衡；t2时刻添加催化剂，CO2的百分含量随时间变化图像。

高三化学填空题极难题查看答案及解析

甲醇不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料。

Ⅰ.甲醇水蒸气重整制氢是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源，生产过程中同时也产生CO，CO会损坏燃料电池的交换膜。相关反应如下：

反应①CH3OH(g) + H2O(g)⇌CO2(g) + 3H2(g) △H1

反应②H2(g)+CO2(g)⇌CO(g) + H2O(g)　　 △H2=+41kJ/mol

如图表示恒压容器中0.5mol CH3OH(g)和0.5mol H2O(g)转化率达80％时的能量变化。

(1)计算反应①的△H1= ________。

(2)反应①能够自发进行的原因是________。升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是 _________。

(3)恒温恒容下，向密闭容器中通入体积比为1:1的H2和CO2，能判断反应CH3OH(g) + H2O(g)⇌CO2(g) + 3H2(g)处于平衡状态的是____________。

A.体系内压强保持不变

B.体系内气体密度保持不变

C.CO2的体积分数保持不变

D.断裂3mol H-H键的同时断裂3mol H-O键

(4)250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00mol CH3OH 和 1.32mol H2O充分反应，平衡测得H2为2.70mol，CO为 0.030mol，则反应①中CH3OH的转化率_________，反应②的平衡常数是 _________(以上结果均保留两位有效数字)。

Ⅱ.如图是甲醇燃料电池工作示意图：

(5)当内电路转移1.5molCO32-时，消耗甲醇的质量是_________g。

(6)正极的电极反应式为 _______。

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【加试题】甲醇水蒸气重整制氢(SRM)是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源,当 前研究主要集中在提高催化剂活性和降低尾气中CO含量,以免使燃料电池Pt电极中毒。重整过程发生的反应如下:

反应I CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)　　 ΔH1

反应Ⅱ CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)　　　　　　 ΔH2

反应Ⅲ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　　　　 ΔH3

其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,其中K2、K3随温度变化如下表所示:

请回答:

(1)反应Ⅱ能够自发进行的条件_______ (填 “低温”、“高温”或“任何温度”), ΔH1____ΔH3 (填 “>”、“<”或 “=” )。

(2)相同条件下,甲醇水蒸气重整制氢较甲醇直接分解制氢(反应Ⅱ)的先进之处在于_________。

(3)在常压、CaO催化下,CH3OH和H2O混和气体(体积比1∶1.2,总物质的量2.2mol)进行反应,tl时刻测得 CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示(CO、CO2的选择性:转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。

注:曲线a表示CH3OH的转化率,曲线b表示CO的选择性,曲线c表示 CO2的选择性

① 下列说法不正确的是_____。

A.反应适宜温度为300℃

B.工业生产通 常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整

C.己知 CaO催化剂具有更高催化活性,可提高甲醇平衡转化率

D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率

② 260℃ 时H2物质的量随时间的变化曲线如图所示。画出300℃时至t1时刻H2物质的量随时间的变化曲线_____。

(4)副产物CO2可以在酸性水溶液中电解生成甲酸,生成甲酸的电极反应式是_________。

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二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，是柴油的理想替代燃料。清华大学王志良等研究了，由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)一步法制备二甲醚的问题，其中的主要过程包括以下三个反应：

(i)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　　 △H1=-90.1 kJ/mol

(ii)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　 △H2=-41.1 kJ/mol

(iii)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　　 △H3=-24.5 kJ/mol

(1)由H2和CO制备二甲醚(另一产物为CO2)的热化学方程式为________。

(2)合成气初始组成为n(H2)：n(CO)：n(CO2)=0.67：0.32：0.01的反应体系。在250℃和5.0 MPa条件下，在1 L密闭容器中经10 min达到化学平衡时，各组分的物质的量如下表：

则反应(iii)在该条件下的平衡常数是_______；在反应进行的10 min内，用CH3OH表示的反应(i)的平均速率是_______。

(3)课题组探究了外界条件，对合成气单独合成甲醇反应体系和直接合成二甲醚反应体系的影响。

①图1和图2显示了温度250 ℃和5.0 MPa条件下，合成气组成不同时，反应达到平衡时的情况。(图中M代表甲醇、D代表二甲醚、D+M代表甲醇和二甲醚。下同)

由图可知，随着合成气中H2所占比例的提高，合成甲醇的反应体系中，CO转化率的变化趋势是______。对于由合成气直接合成二甲醚的反应体系，为了提高原料转化率和产品产率，的值应控制在_____附近。

②在压强为5.0MPa、=2.0及的条件下，反应温度对平衡转化率和产率的影响如图3和图4所示。

课题组认为图3所示的各反应物的转化率变化趋势符合反应特点，其理由是______。图中显示合成气直接合成二甲醚体系中，CO的转化率明显高于H2的转化率，原因是_______。图4显示随着温度增大，合成气单独合成甲醇时的产率，要比合成气直接合成二甲醚时的产率减小的快，原因是_______。

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二甲醚不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料。现代工业上可通过煤化工的产物CO和H2来合成二甲醚，其主要反应为：

（ⅰ）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　　　　　 △H= －90.1kJ·mol－1

（ⅱ）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　 △H= －24.5kJ·mol－1

（1）写出CO和H2来直接合成二甲醚的热化学方程式________。

（2）温度T时，在容积为2.00L的某密闭容器中进行上述反应（ⅰ），反应过程中相关数据如图1所示。

①下列说法能表明反应已达到平衡状态的是______。

a.容器中气体的压强不再变化　　　　　　　　 b.混合气体的密度不再变化

c.混合气体的平均相对分子质量不再变化　 d.2υ正(H2)=υ逆(CH3OH)

②该化学反应0~10min的平均速率υ(H2)=_____。

③其他条件不变时，15mim时再向容器中加入等物质的量的CO和H2，则H2的转化率____（填增大、不变或减小）。

④对应气相反应，常用某组分（B）的平衡压强（pB）代替某物质的量浓度（cB）表示平衡常数（以Kp表示），其中，pB=p总×B的体积分数；若在T时平衡气体总压强为p总，则该反应Kp=_____。

⑤图2表示氢气转化率随温度变化的趋势，请解释T0后氢气转化率的变化原因__________。

（3）二甲醚燃料电池的工作原理如图所示，则X电极的电极反应式为__________。用该电池对铁制品镀铜，当铁制品质量增加12.8g时，理论上消耗二甲醚的质量为_________g。（精确到0.01）

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开发清洁能源是当今化工研究的一个热点问题。二甲醚（CH3OCH3）在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃）进行下列反应：

①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　　 △H1=-99kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　　 △H2=-23.5kJ·mol-1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　　 △H3=-41.2kJ·mol-1

（1）催化反应室中的总反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，计算△H=___。反应原料来自煤的气化。已知该反应的平衡常数表达式为K=，每生成1molH2需要吸收131.3kJ的热量。写出该反应的热化学方程式___。

（2）在该条件下，若反应①的起始浓度分别为：c(CO)=0.6mol·L-1，c(H2)=1.4mol·L-1，8min后达到平衡，CO的转化率为50%，则8min内H2的平均反应速率为___。

（3）在t℃时，反应②的平衡常数为400，此温度下，在1L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：

此时刻v正___v逆（填“＞”“＜”或“＝”），平衡时c(CH3OCH3)的物质的量浓度是___。

（4）在（1）小题中催化反应室的总反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，CO的平衡转化率a(CO)与温度、压强的关系如图所示，图中X代表___（填“温度”或“压强”），且L1___L2（填“＞”“＜”或“＝”）

（5）在催化剂的作用下同时进行三个反应，发现随着起始投料比的改变，二甲醚和甲醇的产率（产物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率）呈现如图的变化趋势。试解释投料比大于1.0之后二甲醚产率和甲醇产率变化的原因：__。

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2016年9月，“乔歌里1号”中国首台静默移动发电站MFC30正式问世，MFC30是基于甲醇重整制氢燃料电池发电技术。

（1）甲醇制氢方式主要有以下三种：反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol反应Ⅱ甲醇分解制氢：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol反应Ⅲ气态甲醇氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气：

①已知CO的燃烧热为283.0 kJ/mol，则反应Ⅲ的热化学反应方程式为____________。

②该三种制氢方式中，等量的甲醇产生氢气最多的是反应____________。(填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”）

（2）实验室模拟反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制制氢观察，合成气组成n(CH3OH): n(H2O)=1∶1时，体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。

①该反应的平衡常数表达式为____________________。

②当温度为250℃、压强为P2时，反应达平衡时H2的体积分数为____________。

③图中的压强由小到大的顺序是____________。

（3）MFC30燃料电池是以氢为燃料，Li2CO3与K2CO3混合的碳酸盐为电解质的高温型燃料电池，其负极的电极反应式为____________，正极上通入的气体为____________。

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二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO2更少，因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为CuO/ZnO/Al2 O3）：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)　 △H= -204.7KJ/mol

（1）若反应在恒温、恒压下进行，以下叙述能说明该反应达到平衡状态的是　 　　　　　　　 （填序号）

A．CO和H2的物质的量浓度比是1：2

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率的2倍

C．容器中混合气体的体积保持不变

D．容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变

E.容器中混合气体的密度保持不变

（2）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：

CO(g)+2H2(g) ＝CH3OH(g)　　 △H1= -100.46 KJ/mol

2CH3OH(g) ＝CH3OCH3(g)+H2O(g)　　 △H2

CO(g)+ H2O(g) ＝CO2(g)+H2(g)　　 △H3= -38.7 KJ/mol

则△H2＝________________

（3）复合催化剂的制备方法之一是Na2 CO3共沉淀法：制备1 mol/L的硝酸铜，硝酸锌和硝酸铝的水溶液。然后向盛有去离子水的烧杯中同时滴加混合硝酸盐溶液和1 mol/L的Na2CO3水溶液，70℃下搅拌混合。沉淀后过滤，洗涤沉淀物，80℃下干燥12小时，然后500℃下焙烧16小时。请写出上述过程中硝酸铝与Na2CO3水溶液反应的离子方程式：　　　　　　 　　　　　 。

（4）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池,则通入氧气的电极是电源的　　　 　　 　 （填正、负）极，通DME的电极反应为　　　　　　　　　　　 　　 。

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（10分）二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO2更少，因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为Cu0/Zn0/Al2 O2）：2CO（g)+4H2（g)CH3OCH3（g)+H2O（g) △H=-204．7kJ/mol。

（1）若反应在恒温、恒压下进行，以下叙述能说明该反应达到平衡状态的是　　　　 。

A．CO和H2的物质的量浓度比是1：2

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率的2倍

C．容器中混合气体的体积保持不变

D．容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变

E．容器中棍合气体的密度保持不变

（2）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：

CO（g)+2H2（g)=CH3OH（g)　　　　　　 △H1=-100．46kJ/mol

2CH3OH（g)=CH3OCH3（g)+H2O（g)　　 △H2

CO（g)+H2O（g)=CO2（g)+H2（g)　　 △H3=-38．7kJ/mol

则△H2=　　　　　　　　　 。

（3）复合催化剂的制备方法之一是Na2 C03共沉淀法：制备1 mol/L的硝酸铜，硝酸锌和硝酸铝的水溶液。然后向盛有去离子水的烧杯中同时滴加混合硝酸盐溶液和1 mol/L的Na2C03水溶液，70℃下搅拌混合。沉淀后过滤，洗涤沉淀物，80℃下干燥12小时，然后500℃下焙烧16小时。请写出上述过程中硝酸铝与Na2C03水溶液反应的离子方程式：

（4）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池，则通入氧气的电极是电源的　　　 （填正、负）极，通DME的电极反应为　　 　　 。

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