(14分)一种通过铁基氧载体(Fe3O4/FeO)深度还原和再生来合成二甲醚(CH3OCH...

(14分)一种通过铁基氧载体(Fe3O4/FeO)深度还原和再生来合成二甲醚(CH3OCH3)的原理如下图:

(1)二甲醚的合成反应:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H1

①已知CO、H2与CH3OCH3的燃烧热(△H)分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol (a、b、c均小于0)，则△H1=____kJ/mol。

②该反应选用CuO/ZnO/Al2O3复合催化剂，该催化剂能_______(填标号)。

A.促进平衡正向移动　　　　　　 B.提高反应速率

C.降低反应的活化能　　　　　　 D.改变反应的焓变

(2)CH4氧化器中发生的主反应:

i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)

ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)

850℃时，压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如右下图。

①随着压强的增大,反应i的平衡常数K值____ (填“增大”、“减小”或“不变”)。

②结合图像,分析H2O的体积分数变化的原因_________(用化学方程式表示)。

(3)将一定量的FeO和CO2 置于CO2 还原器(体积不变的密闭容器)中，发生的主反应:

CO2(g) +3FeO(s)Fe3O4(s) +CO(g) 　　 △H2

保持其他条件不变，测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。

①△H2_____0(填“>”或“<”)。

②若在150 ℃时进行上述转化，理论转化率α(FeO)=______。

③在上述反应体系中，一定可以说明该反应达到平衡状态的是_____(填标号)。

A.体系的压强不变　　　　　　　　　　　　　　　　 B. CO2 的 物质的量不变

C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零　 D.气体的平均摩尔质量不变

④根据化学反应原理,分析CO2 还原器温度设置在170 ℃的原因_________。

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一种通过铁基氧载体（Fe3O4/FeO）深度还原和再生来合成二甲醚（CH3OCH3）的原理如下图：

(1)二甲醚的合成反应：3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)　 ΔH1

①已知CO、H2与CH3OCH的燃烧热(ΔH)分别为a kJ·mol-1、b kJ·mol-1、c kJ·mol-1、(a、b、c均小于0)，则ΔH1=________kJ·mol-1。

②该反应选用CuO/ZnO/Al2O3复合催化剂，该催化剂能_______（填标号）。

A.促进平衡正向移动　　　　 B.提高反应速率

C.降低反应的活化能　　　　 D.改变反应的焓变

(2)CH4氧化器中发生的主反应：

ⅰ. CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3Fe(s)

ⅱ. CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)

850℃时，压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如右下图。

①随着压强的增大，反应ⅰ的平衡常数K值________（填“增大”、“减小”、 或“不变”）

②结合图像，分析H2O的体积分数变化的原因_________（用化学方程式表示）

(3)将一定量的FeO和CO2置于CO2还原器（体积不变的密闭容器）中，发生的主反应：

CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+ CO (g)　　 ΔH2

保持其他条件不变，测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表：

①ΔH2_______0（填“>”或“<”）。

②若在150℃时进行上述转化，理论转化率ɑ(FeO)=___________。

③在上述反应体系中，一定可以说明该反应达到平衡状态的是______（填标号）。

A.体系的压强不变　　　　　　 B.CO2的物质的量不变

C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零　　 D.气体的平均摩尔质量不变

④根据化学反应原理，分析CO2还原器温度设置在170℃的原因___________。

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（14分）二甲醚（CH₃OCH。）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料，具有清洁、高效等优良的性能。以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

（1）催化反应室B中CO与H₂合成二甲醚的化学方程式为________.

（2）催化反应室A中发生的反应为：

CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）……（I）、CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）……（Ⅱ）催化反应室C中发生的反应为：

CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）……（Ⅲ）、CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）……（Ⅳ）

①已知：原子利用率=×100％，试求反应（Ⅳ）的原子利用率为________。

②反应（Ⅳ）的△S ________0（填“>”、“=”或“<”）。

③在压强为5MPa，体积为VL的反应室c中，amol CO与20mol H₂在催化剂作用下发生反应（Ⅲ）生成甲醇，CO的转化率与温度的关系如右图。则该反应的△H________0（填“>”、“=”或“<”）。300℃时该反应的平衡常数K= ________（用含字母的代数式表示）。

（3）我国某科研所提供一种碱性“直接二甲醚燃料电池”。

该燃料电池负极的电极反应式为：

CH₃OCH₃一12e^一+16OH^一=2CO^2-₃+11H₂O。有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫（体积分数为x）废气的方法如下：

①将含SO₂的废气通人电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO₃溶液；

②将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸；

③将盐酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂气体回收。

用上述碱性“直接二甲醚燃料电池”电解食盐水来处理标准状况下VL的废气，计算消耗二甲醚的质量。

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(14分)硫铁矿烧渣(主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2等)是工业生产硫酸的废渣，利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品的流程如下图所示

回答下列问题：

（1）若焙烧时还原剂碳燃烧产生的气体能将铁的多种氧化物还原成铁单质，则该气体与Fe2O3反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）酸浸时间一般不超过20 min，若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe2+含量将下降，其原因用离子方程式表示为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 。

（3）加碳酸氢铵合成时反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是　　　　　　　　　　　　 。

（4）若产品Ⅱ的主要成分是K2SO4，则试剂X为　　　　　 ，反应的离子方程式为　　　　　　 。

（5）空气中煅烧FeCO3生成产品Ⅰ的化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（6）检验产品II中是否含有氯化物杂质的实验操作是：取少量产品Ⅱ于试管中配成溶液，　　　　　　　 。

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(14分)硫铁矿烧渣(主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2等)是工业生产硫酸的废渣，利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品的流程如下图所示

回答下列问题：

（1）若焙烧时还原剂碳燃烧产生的气体能将铁的多种氧化物还原成铁单质，则该气体与Fe2O3反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）酸浸时间一般不超过20 min，若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe2+含量将下降，其原因用离子方程式表示为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 。

（3）加碳酸氢铵合成时反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是　　　　　　　　　　　　 。

（4）若产品Ⅱ的主要成分是K2SO4，则试剂X为　　　　　 ，反应的离子方程式为　　　　　　 。

（5）空气中煅烧FeCO3生成产品Ⅰ的化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（6）检验产品II中是否含有氯化物杂质的实验操作是：取少量产品Ⅱ于试管中配成溶液，　　　　　　　 。

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二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取甲醚的原理如下：

I．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

II．2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

（1）300℃和500℃时，反应I的平衡常数分别为K1、K2，且K1＞K2，则其正反应为_______反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）在恒容密闭容器中发生反应I：

①下图能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是______________（填“a”或“b”）。

②下列说法能表明反应已达平衡状态的是____（填标号）。

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．v正(H2)=2v正(CH3OH)

（3）500K时，在2L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3) ，则：

① 0～4 min，反应I的v(H2)=______，反应I的平衡常数K=______。

② 反应II中CH3OH的转化率α=_______。

（4）二甲醚燃料电池的工作原理如图听示，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64 g时，理论上消耗二甲醚的质量为_______g（精确到0.01）。

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二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取甲醚的原理如下：

I．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

II．2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

（1）300℃和500℃时，反应I的平衡常数分别为K1、K2，且K1＞K2，则其正反应为_______反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）在恒容密闭容器中发生反应I：

①下图能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是______________（填“a”或“b”）。

②下列说法能表明反应已达平衡状态的是____（填标号）。

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．v正(H2)=2v正(CH3OH)

（3）500K时，在2L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3) ，则：

① 0～4 min，反应I的v(H2)=______，反应I的平衡常数K=______。

② 反应II中CH3OH的转化率α=_______。

（4）二甲醚燃料电池的工作原理如图听示，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64 g时，理论上消耗二甲醚的质量为_______g（精确到0.01）。

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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）

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(8分)二甲醚是一种重要的清洁燃料，有多种合成方法。

方法一：通过CH~OH分子间脱水制得：2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)　 ∆H=－23.5 kJ/mol　　 ①

（1）该反应在恒容密闭的容器中进行，能说明反应达到平衡的是_____。(填字母编号)

A．容器中压强不再变化

B．n(CH3OH)：nCH3OCH3)：n(H2O)=2:1:1

C．c(CH3OH)=c(CH3OCH3)=c(H2O)

D．混合气体中各组分浓度不再变化

E．混合气体的平均相对分子质量不再变化

（2）在T℃时该反应的平衡常数K=5，若在此温度下某时刻测定出该反应中各物质的浓度为c(CH3OH)=0.3 mol/L、c(CH3OCH3)=0.6 mol/L、c(H2O)=0.6mol/L，则此时正、逆反应速率的大小是V(正)____V(逆)。(填“>”、“<”或“=”

（3）3H2(g)+3CO(g)= CH3OCH3+3CO2(g) ∆H=－a kJ/mol　　　 ②

该反应在一定条件下的密闭容器中可达到平衡状态(曲线1)，若在t0时刻改变一个条件，曲线I变为曲线Ⅱ，改变的条件是_________。(填字母编号)

A．升高温度　

B．加入催化剂　

C．缩小容器体积　

D．增加H2的浓度　　

E．分离出二甲醚

（4）该反应可以分步进行：

4H2(g)+2CO(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)　　　　 △H3　　　　　　　　　　　　 ③

CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)　　　　　　　　 △H4=－bKJ/mol　　　　　　 ④

H2O(l)=H2O(g)　　　　　　　　　　　　　　　　 △H5=+44KJ/mol　　　　　　 ⑤

则反应③的焓变△H3=________KJ/mol（用含a、b的代数式表示）

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二甲醚（CH₃OCH₃，沸点为-24.9℃）被称为21世纪的新型能源。科学家利用太阳能分解水生成的氢气与从烟道气中分离出的CO₂在催化剂作用下合成二甲醚，并开发出直接以二甲醚为燃料的燃料电池。其合成流程如下：

（1）已知：CH₃OCH₃(g)、H₂(g)的标准燃烧热分别为：△H= -1455.0kJ·mol^-1、△H= -285.8 kJ·mol^-1。写出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的热化学方程式：________；

（2）15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO₂吸收剂。写出吸收CO₂反应的化学方程式________；

（3）一定条件下用CO₂和H₂合成二甲醚，反应物气流量对CO₂的转化率、二甲醚的选择性（是指转化生成二甲醚的碳占已转化碳的比例）影响结果如图1所示，当控制气流量为28mL· min^-1时，则生成0.3mol二甲醚需要通入CO₂的物质的量为________；

图1                                       图2

（4）图2为二甲醚燃料电池示意图。

①a电极的电极反应式为________；

②若以1.12 L·min^-l（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解50mL2 mol·L^-1 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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