二甲醚(CH3OCH3)是重要的能源物质，其制备、应用与转化是研究的热点。(1) 利用合成...

二甲醚(CH3OCH3)是重要的能源物质，其制备、应用与转化是研究的热点。

(1) 利用合成气制备二甲醚主要包含三个反应：

CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)；ΔH＝－90.4 kJ·mol－1

2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)；ΔH＝－23.4 kJ·mol－1

CO(g) ＋H2O(g)=H2(g)＋CO2(g)；ΔH＝－41.0 kJ·mol－1

则3CO(g)＋3H2(g)=CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝________。

(2) 某二甲醚/双氧水燃料电池的工作原理如图1所示。电池工作时，电极A附近溶液pH________(填“减小”“增大”或“不变”)；电极B的电极反应式为_____________。

(3) 二甲醚催化羰化制备乙醇主要涉及以下两个反应：

反应Ⅰ：CO(g)＋CH3OCH3(g)=CH3COOCH3(g)；ΔH1

反应Ⅱ：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)=CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g)；ΔH2

反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数的对数lg K1、lg K2与温度的关系如图2所示；在固定CO、CH3OCH3、H2的原料比、体系压强不变的条件下，同时发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时各物质的物质的量分数随温度的变化如图3所示。

① ΔH1________(填“>”“<”或“＝”)0。

②300～400 K时，CH3CH2OH物质的量分数随温度升高而降低的原因是________。

③ 600～700 K时，CH3COOCH3物质的量分数随温度升高而降低的原因是________。

④ 400 K时，在催化剂作用下，反应一段时间后，测得CH3CH2OH物质的量分数为10%(图3中X点)。不改变原料比、温度和压强，一定能提高CH3CH2OH物质的量分数的措施有________________________。

高三化学综合题简单题查看答案及解析

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：__。

高三化学综合题困难题查看答案及解析

CO和H2均是重要的化工原料，CO2的固定和利用对环境保护及能源开发具有重要的意义。

（1）利用水煤气（CO+H2）作为合成气，在同一容器中，选择双催化剂，经过如下三步反应，最终合成二甲醚（CH3OCH3）。

甲醇合成反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 △H1=－90.8kJ·mol－1

水煤气变换反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　 △H2=－41.3kJ·mol－1

甲醇脱水反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　　 △H3=－23.5kJ·mol－1

写出由CO和H2合成二甲醚气体和水蒸气的热化学方程式____________。

（2）在2L恒容密闭容器中，投入CO(g)和H2(g)各5mol，发生如下反应：

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)　 △H＜0，CO的转化率α与温度、压强的关系如图所示：

①p1、p2、p3中最大的是________。

②若该反应进行50min时达到平衡，此时CO的转化率α=0.6，则50min内H2的反应速率为____mol·L－1·min－1。

（3）二甲醚（CH3OCH3）燃料电池具有启动快。效率高等优点，其能量密度高于甲醇燃料电池。其工作原理如图所示。X极附近的酸性______（填“减弱”、“增强”或“不变”），Y电极是_____极，写出X电极上发生的电极反应式__________。若用该二甲醚燃料电池电解饱和食盐水（阳极为石墨电极），当有2.3g燃料被消耗时，阴极产生气体的体积为_____L（标准状况下）

高三化学简答题困难题查看答案及解析

CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2)，还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯烃等燃料产品。

I.制合成气

科学家提出制备：“合成气”反应历程分两步：

反应①: CH4(g)⇌C(ads)+2H2(g) (慢反应)

反应②:C(ads)+CO2(g)⇌2CO(g)　　 (快反应)

上述反应中C(ads)为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如下图：

(1) CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为____。 能量变化图中：E5+E1_______E4+ E2(填“>” 、 “<　　 ” 或 “= ”)。

II.甲醇合成

在某 CO 催化加氢制甲醇的反应体系中，发生的主要反应有：

i. CO2(g) + 3 H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1< 0

ii.CO2(g) + H2(g)⇌CO (g)+H2O(g)　　　　　 △H2>0

iii . CO(g)+2H2( g)⇌CH3OH(g) (g)　　 △H3< 0

(2)5MPa 时，往某密闭容器中按投料比n(H2) :n ( CO2) =3:1 充入H2和CO2。反应达到平衡时， 测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大， 原因是_____。

②250°C时，反应 i i 的平衡常数____1(填“> ”“< ”或“=”)

③下列措施中，无法提高甲醇产率的是____(填标号)。

A．加入适量CO　　 B．增大压强　　　　 C．循环利用原料气　　　　 D．升高温度

④在下图中画出n(H2)/ n(CO2)随温度变化趋势图_____。

(3)反应i可能的反应历程如下图所示。

注：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母，单位：eV)。其中TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒，反应历程中，生成甲醇的决速步骤的反应方程式为__。

高三化学综合题中等难度题查看答案及解析

CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CH4与CO2制备“合成气”（CO、H2），还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯烃等燃料产品。

I．制合成气

科学家提出制备“合成气”反应历程分两步：

反应①：CH4（g）C（ads）+2H2 （g）　 （慢反应）

反应②：C（ads）+ CO2（g）2CO（g）　 （快反应）

上述反应中C（ads）为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图：

（1）CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为_________。能量变化图中：E5+E1_________E4+E2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

II．脱水制醚

利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为：

2CH3OH（g）CH3OCH3（g） + H2O（g）　 ΔH，其速率方程式为：v正= k正·c2（CH3OH），v逆=k逆·c（CH3OCH3）·c（H2O），k正、k逆为速率常数且只与温度有关。经查阅资料，上述反应平衡状态下存在计算式：lnKc = −2.205+（Kc为化学平衡常数；T 为热力学温度，单位为K）。

（2）反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数_________ k逆增大的倍数（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）某温度下（该反应平衡常数Kc为200），在密闭容器中加入一定量 CH3OH，反应到某时刻测得各组分的物质的量如下：

此时正、逆反应速率的大小：v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

（4）500K下，在密闭容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3（g）的物质的量分数为_________（填标号）。

A ＜　　　　　　　 B 　　　　　　 C ＞　　　　　 D 无法确定

高三化学综合题中等难度题查看答案及解析

CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题。可利用CH4与CO2制备合成气(CO、H2)，还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯经等燃料产品。

I.科学家提出制备“合成气”反应历程分两步：

反应①：CH4(g)⇌C(ads) +2H2(g)　　 (慢反应)

反应②：C(ads) + CO2(g)⇌2CO(g)　 (快反应)

上述反应中C(ads)为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图：

(1)CH4与CO2制备合成气的热化学方程式为____________：该反应在高温下可自发正向进行的原因是_________，能量变化图中：E5+E1___E4+E2(填“>”、“<”或“=”)。

II.利用“合成气”合成申醇后，脱水制得二甲醚。

反应为：2CH3OH(g)⇌CH3OCH3 (g) + H2O(g)　　 △H

经查阅资料，在一定范围内，上述反应化学平衡常数与热力学温度存在如下关系：lnKc=-2.205+。其速率方程为：v正=k正•c2(CH3OH)，v逆=k逆•c(CH3OCH3)•c(H2O)，k正、K逆为速率常数，且影响外因只有温度。

(2)反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数________ k逆增大的倍数(填“>”、“<”或“= ”)。

(3)某温度下，Kc=200，在密闭容器中加入一定量CH3OH。反应到某时刻测得各组分的物质的量如下：

此时正、逆反应速率的大小：v正 ____v逆(填“>”、“<”或“=”)。

(4)500K下，在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为_____(埴标号)

A.　　　 B.　 C.　 D.无法确定

Ⅲ.合成低碳烯经

(5)强碱性电催化还原CO2制备乙烯研究取得突破进展，原理如图所示。b极接的是太阳能电池的_______极(已知PTFE浸泡了饱和KCl溶液)。请写出阴极的电极反应式______。

高三化学综合题困难题查看答案及解析

氢能源是公认的环境友好型二次能源，对其开发和利用是科研领域研究的热点。

回答下列问题：

（1）甲烷与水蒸气的催化反应可制备和合成气。

已知：Ⅰ；

Ⅱ。

①制备合成气反应的热化学方程式为_________。

②制备合成气时，会因副反应而使合成气产率降低。有利于降低副反应的反应条件为________任写一点；有利于提高制备合成气反应选择性的关键因素为_____。

③一定温度下，向5L恒容密闭容器中充入和，只发生反应Ⅱ。10min达到平衡时测得CO的体积分数为。则0—10min内，用浓度变化表示的平均反应速率______；下列事实能说明该反应达到平衡状态的是____填选项字母。

A 混合气体密度不再改变    混合气体的平均相对分子质量不再改变

C 容器内气体压强不再改变  断裂键同时断裂键

（2）部分合金可用于氢能源的存储。一定温度下，某储氢合金的储氢效率固相中氢原子与金属原子的数目之比与温度和氢气的平衡压强的关系如图所示。在OA段，氢溶解于M中形成固溶体；在AB段，发生氢化反应的化学方程式为。

①时，该反应的平衡常数__________用含的代数式表示，为用分压表示的平衡常数。

②_________________填“”“”或“”。

③当反应处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，达到平衡后反应可能处于图中的______________点填“b”“c”或“d”。

（3）氢能源在电化学领域的一种存储和应用的原理为，充电时的阳极反应式为_____________。

高三化学综合题中等难度题查看答案及解析

天然气( 主要成分为甲烷)是一种高效的清洁能源，也是一种重要的化工原料，利用天然气制备甲醇、乙醇、二甲醚(CH3OCH3)、乙烯(C2H4)等物质的主要反应有：

①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+ 3H2(g)　 △H1= + 206.2 kJ/ mol

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

③2CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H3=- 24.5kJ/ mol

④2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g) △H4=- 29.1kJ/ mol

⑤CH3OCH3(g)== C2H5OH(g)　 △H5=- 50.7 kJ /mol

请回答下列问题：

(1)反应2CH4(g)+H2O(g)= C2H5OH(g)+2H2(g)的△H =______kJ/mol；根据化学原理，可 以同时加快该反应的速率和提高甲烷转化率的措施有_______________________。

(2)CO与H2在一定条件下，同时发生②和③的反应，产生二甲醚的结果如上图所示。260℃时，CO转化率虽然很高，而二甲醚的产率却很低，可能的原因是 ( 答出一条即可) _______；CO 与H2 合成二甲醚的最佳的温度是_____________。

(3) 对于气体参与的反应如反应④[2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g)]，可以用某组分B的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(c)表示平衡常数(Kp)，则反应④的平衡常数表达式Kp=____；也可以用压强(PB)变化表示化学反应速率，体积不变的密闭容器中充入一定量的CH3OH气体发生反应④，在10分钟内，容器的压强由xkPa 升高到ykPa，则这段时间该反应的化学反应速率v(CH4)=_____________。

(4) 反应①～⑤中有多种物质可以做燃料电池的燃料，其中H2是单位质量燃料释放电能最多的物质，若与下列物质构成电池，H2 与_______构成的电池比能量最大。

a.H2O2　　　　　　 b.Cl2　　　　 C.O2　　　　　 d.NiOOH

高三化学综合题中等难度题查看答案及解析

(17分)二甲醚是一种重要的清洁燃料。合成二甲醚是解决能源危机的研究方向之一。

（1）用CO2和H2可以合成二甲醚(CH3OCH3)

（2）已知在一定温度下，以下三个反应的平衡常数为k1、k2、k3：

（3）二甲醚(CH3OCH3)燃料电池可以提升能量利用率。利用二甲醚酸性介质燃料电池电解100mL 1mo1的食盐水(惰性电极)，电解一段时间后，收集到标况下的氢气2.24L(设电解后溶液体积不变)

①二甲醚燃料电池的负极反应式为_____________。

②电解后溶液的PH=_________________________

（4）工业合成氨的反应为：mol-1

已知合成氨反应在某温度下2L的密闭绝热容器中进行，测得数据如下表：

根据表中数据计算：

①0 min～1 min内N2的平均反应速率为_________

②该条件下反应的平衡常数k=________(保留两位小数)

③反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N2、H2、NH3各1mol，化学平衡向_______(填“正向”、“逆向”或“不移动”)，该反应的平衡常数k___________(填“变大”“减小”或“不变”)

（5）常温下，将0.2molHCOOH和0.1molNaOH溶液等体积混合，所得溶液的PH<7，说明HCOOH的电离程度____________HCOONa的水解程度(填“大于”或“小于”)。该溶液中[HCOOH]-[OH-]+[H+]=______mol

高三化学填空题困难题查看答案及解析

研究CO2的综合利用对促进“低碳经济”的发展有重要意义。CO2与H2合成二甲醚(CH3OCH3)是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应I　　 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 △H1= -49.0 kJ.mol-1

反应II　 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H20(g)　　　 △H2=- 24.5 kJ.mol-1

反应III　 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　　　　 △H3=41.2 kJ.mol-1

（1）写出CO2与H2一步合成二甲醚（反应IV）的热化学反应方程式：_______________

（2）有利于提高反应IV平衡转化率的条件是_______。

A.高温高压　　 B.低温诋压　　 C．高温低压　 D.低温高压

（3）在恒压、CO2和H2起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图1。CH3OCH3的选择性=

①温度低于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而下降的原因是_____________________

②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是_____________

A.反应IV在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)

B.当温度、压强一定时，在原料气（CO2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低

D.提高催化剂的活性和选择性，减少CO等副产物是工艺的关键

③在某温度下，若加入CO2的物质的量为1mol，生成二甲醚的选择性为80%，现收集到0.2mol的二甲醚，则CO2转化率为__________________

④一定温度压强下，二甲醚的体积分数随时间变化如图2所示。在t1时刻，再加入物质的量之比为1：3的CO2和H2，t2时刻重新达到平衡。画出t1—t3时刻二甲醚体积分数的变化趋势。__________________

（4）光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2、H2O生成二甲醚的光能储存装置如图所示，则b极的电极反应式为____________________

高三化学综合题中等难度题查看答案及解析