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...

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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下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I.已知该产业链中某反应的平衡表达式为：K= 它所对应反应的化学程式为　　　 　 　　 。

Ⅱ.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.OMpa,温度230一280℃）进行下列反应：

①CO（g）+2H2（g） CH30H（g）　 ΔH1=-90.7kJ·mol-1

②2CH30H（g） CH30CH3（g）+H20（g）　 ΔH2=-23.5k1·mol-1

③CO（g）+H20（g） CO2（g）+H2（g） ΔH3=-41.2kJ·mol-1

（1）催化反应室中总反应的热化学方程式为　　　　　　　　　 。830℃时反应③的K=1.0，则在催化反应室中反应③的K　　　　　　 _1.0（填“）”、“<”或“=”）。

（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c（CO）=1mol/L、c（H2）=2.4mol/L，5min后达到平衡、CO的转化率为50%，则5min内CO的平均反应速率为　　　 　　　 ；若反应物的起始浓度分别为：c（CO）=4mol/L，c（H2）=amol/L；达到平衡后，c（CH30H）=2mol/L，a=　　　　　　 mol/L。

（3）为了寻找合适的反应温度，研究者进行了一系列试验，每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变，试验结果如图.根据CO转化率随温度变化的规律，推测其原因是_________________。

（4）“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源,其工作原理如图所示。写出a电极上发生的电极反应式　　　　　　　　　　 　 。

高三化学填空题中等难度题查看答案及解析

下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I．已知该产业链中某反应的平衡表常数达式为：K＝，它所对应反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 。

II．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＝－90.7kJ·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）催化反应室中总反应的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　 。

830℃时反应③的K＝1.0，则在催化反应室中反应③的K　　　　 1.0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为：c(CO)＝1 mol/L，c(H2)＝2.4 mol/L，5 min后达到平衡，CO的转化率为50％；若反应物的起始浓度分别为：c(CO)＝4 mol/L，c(H2)＝a mol/L，达到平衡后，c(CH3OH)＝2 mol/L，则a＝　　　　　　 mol/L。

（3）反应②在t℃时的平衡常数为400，此温度下，在0.5L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：

①此时刻v正　　 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)

②平衡时二甲醚的物质的量浓度是　　　　　　　　　　　　　　 。

（4）以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料，以石墨为电极可直接构成燃料电池，则该电池的负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；若以1.12L/min(标准状况)的速率向电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL2mol/L CuSO4溶液，通电0.50 min后，计算理论上可析出金属铜的质量为　　　　　　　　　　 。

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二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料，在未来可能替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极为广阔。它清洁、高效，具有优良的环保性能。

工业上制二甲醚是在一定温度(230～280 ℃)、压强(2.0～10.0 MPa)和催化剂作用下进行的，反应器中发生了下列反应。

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　　 ΔH1＝－90.7 kJ·mol－1　①

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　　　 ΔH2＝－23.5 kJ·mol－1　②

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　　 ΔH3＝－41.2 kJ·mol－1　③

(1)反应器中的总反应可表示为3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，则该反应的ΔH＝__________，平衡常数表达式为____________________，在恒温、可变容积的密闭容器中进行上述反应，增大压强，二甲醚的产率会________(填升高、降低或不变)。

(2)二氧化碳是一种重要的温室气体，减少二氧化碳的排放是解决温室效应的有效途径。目前，由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大进展，其化学反应方程式为2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＞0。

该反应在恒温、体积恒定的密闭容器中进行，下列不能作为该反应已达到化学平衡状态的判断依据的是________。

A．容器内混合气体的密度不变

B．容器内混合气体的压强保持不变

C．容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变

D．单位时间内消耗2 mol CO2的同时消耗1 mol二甲醚

(3)二甲醚气体的燃烧热为1 455 kJ·mol－1，工业上用合成气(CO、H2)直接或间接合成二甲醚。下列有关叙述正确的是________。

A．二甲醚分子中含共价键

B．二甲醚作为汽车燃料不会产生污染物

C．二甲醚与乙醇互为同系物

D．表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－1 455 kJ·mol－1

(4)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：正极为________(填“A电极”或“B电极”)，写出A电极的电极反应式：________________________________________。

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高三化学解答题中等难度题查看答案及解析

（14分）化学在能源开发与利用中起着重要的作用，如甲醇、乙醇、二甲醚（CH₃OCH₃）等都是新型燃料。

⑴乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇。

2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)  △H＝a kJ·mol^－1

在一定压强下，测得上述反应的实验数据如下表。

根据表中数据分析：

①上述反应的________0(填“大于”或“小于”)。

②在一定温度下，提高氢碳(即)比，平衡常数K值________（填“增大”、“减小”、或“不变”），对生成乙醇________（填“有利”或“不利”）。

⑵催化剂存在的条件下，在固定容积的密闭容器中投入一定量的CO和H₂，同样可制得乙醇(可逆反应)。该反应过程中能量变化如图所示：

①写出CO和H₂制备乙醇的热化学反应方程式________。

②在一定温度下，向上述密闭容器中加入1 mol CO、3 mol H₂及固体催化剂，使之反应。平衡时，反应产生的热量为Q kJ，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4 mol CO、12 mol H₂及固体催化剂，平衡时，反应产生的热量为w kJ，则w的范围为________。

⑶二甲醚（CH₃OCH₃）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效的优良性能。以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池原理相类似。该电池中负极上的电极反应式是________。

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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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下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

Ⅰ.已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:K=,写出它所对应反应的化学方程式:________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。

Ⅱ.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2.0～10.0 MPa,温度230～280 ℃)进行下列反应:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH1=-90.7 kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH2=-23.5 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH3=-41.2 kJ·mol-1

(1)写出催化反应室中三个反应的总反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

(2)在某温度下,2 L密闭容器中发生反应①,起始时CO、H2的物质的量分别为2 mol和6 mol,3 min后达到平衡,测得CO的转化率为60%,则3 min内CO的平均反应速率为　　　　　　。若同样条件下起始时CO物质的量为4 mol,达到平衡后CH3OH为2.4 mol,则起始时H2为　　　mol。

(3)下列有关反应③的说法正确的是　　　。

A.在体积可变的密闭容器中,在反应③达到平衡后,若加压,则平衡不移动、混合气体平均相对分子质量不变、混合气体密度不变

B.若830 ℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K＞1.0

C.某温度下,若向已达平衡的反应③中加入等物质的量的CO和H2O(g),则平衡右移、平衡常数变大

(4)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列实验,每次实验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,实验结果如图,

则CO转化率随温度变化的规律是________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。

其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。

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二甲醚（CH3OCH3）是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上以CO和H2为原料生产二甲醚CH3OCH3的新工艺主要发生三个反应：

① CO（g） + 2H2（g） CH3OH（g）　　 △H1＝－Q1 kJ·mol－1 　

② 2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+ H2O（g） △H2＝－Q2 kJ·mol－1 　　　

③ CO（g）+ H2O（g） CO2（g） + H2（g） △H3＝－Q3 kJ·mol－1 　　　

回答下列问题：

（1）新工艺的总反应3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+ CO2（g）的热化学方程式为_________。

（2）工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:CO(g) + 2H2(g)CH3OH (g) △H

下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(Κ)。

① 由表中数据判断ΔH　　　　 0 (填“ ＞”、“=”或“＜”)。能够说明某温度下该反应是平衡状态的是

A.体系的压强不变　　　　　　　

B.密度不变　　　　

C.混合气体的相对分子质量不变　　　　

D.c(CO)=c(CH3OH)

② 某温度下，将 2mol CO和 6mol H2 充入2L的密闭容器中，充分反应 10min后，达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L，计算此温度下的平衡常数K=　　　　　　　 。

（3）工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　 ΔH＝-92.4kJ•mol-1。实验室模拟化工生产，在恒容密闭容器中冲入一定量N2和H2后，分别在不同实验条件下反应，N2浓度随时间变化如下图。

请回答下列问题：

①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为　　　　 　　 　　　　 。

②在实验Ⅲ中改变条件为采用比实验Ⅰ更高的温度，请在下图中画出实验I和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。

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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　　　　　　　　　　　　 。

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