合成气（主要成分为CO、CO2和H2）是重要的化工原料，可利用合成气在催化剂存在下直接制备...

合成气（主要成分为CO、CO2和H2）是重要的化工原料，可利用合成气在催化剂存在下直接制备二甲醚（CH3OCH3）。

己知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　 △H1=-49.0kJ·mol-1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　 △H2=+41.1 kJ·mol-1

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　 △H3=-24.5 kJ·mol-1

（1）工业上用CO2和H2在一定条件下反应直接制备二甲醚，主反应为： 2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

①要使该反应速率和产率都增大，应该采取的措施是__________，减少副反应，大幅度提高二甲醚在产物中所占比率的关键因素是__________。

②一定条件下．上述主反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是__________（单选，填标号）。

a．逆反应速率先增大后减小　　　　　　 b．H2的转化率增大

c．反应物的体积百分含量减小　　　　　 d．容器中的变小

③在某压强下，制备二甲醚的反应在不同温度、不冋投料比时CO2的转化率如图（a)所示。T1温度下，将6molCO2和12molH2充入10L的密闭容器中， 5 min后反应达到平衡状态，则0〜5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=_____________；KA、 KB、 KC三者之间的大小关系为_______________。

（2）在适当条件下由CO和H2直接制备二甲醚，另一产物为水蒸气。

①该反应的热化学方程式是_________________。

②co的转化率、二甲醚的产率与反应温度的关系如图（b）所示，请解释温度低于290℃时， CO转化率较高而CH3OCH3产率较低的原因可能是___________。

（3）用甲醇，二甲醚混合液与CO在催化剂条件下还可合成醋酸。常温下，醋酸的Ka=1.8×10-5，向 0.1 mol/L 醋酸溶液中滴加NaOH溶液至=时，混合溶液的pH=__________，醋酸钠水解反应的平衡常数值为__________。

高三化学简答题困难题查看答案及解析

发展以煤制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃，部分替代石油化工产品的道路是我国保障能源安全战略的重要措施。间接法是先由煤制合成气（组成为H2、CO和少最的CO2)制备甲醇或二甲醚（CH3OCH3),其主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　　 △H1=-90.1 kJ•mol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H2=-49.0kJ•mol-1

水煤气变换反应：

③CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)　　　 △H3=-41.1kJ•mol-1

二甲醚合成反应：

④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4=-24.5kJ•mol-1

回答下列问题：

(1)分析上述反应（均可逆），发生反应④对于CO转化率的影响是_______（填“增大”、“减小”或“无影响”，其理由是__________。

(2)在二个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生上述二甲醚合成反应④。实验数据见下表：

①387℃时，反应④的化学平衡常数K=__________。

②达到平衡时，容器b中CH3OH的转化率为________。

③达到平衡时，容器c中CH3OCH3的体积分数为________。

(3)由H2和CO可直接制备二甲醚：2CO2(g)＋4H2(g)=CH3OCH(g)＋H2O(g)    ΔH＝__________；为提高反应物的转化率，根据化学反应原理，理论上应采取的措施是________(填序号)。

A.高温高压　　 B.低温低压　　 C.高温低压　　 D.低温高压

(4)有研究者用Cu-Zn-Al和Al2O3作催化剂,压强为5.0 MPa的条件下，由合成气[=2]直接制备二甲醚，结果如下图所示.已知:选择性=×100%。则有图可知二甲醚的选择性达最大值时对应的温度是____________。

(5)2016年，我国的两个科研团队在合成气直接制备低碳烯烃(nCO+2nH2CnH2n+nH2O)的研究中连续取得重大突破，论文分别发表在《德国应用化学》（2016.03.16）、《Nature》（2016.10.06）杂志上。=2时，前者在400℃，1MPa的条件下，CO转化率为11%，低碳烯烃选择性达74%；后者在250℃，0.1～0.5MPa的条件下，CO转化率为31.8%，低碳烯烃选择性为60.8%，则其中低碳烯烃的产率较大者的值为_________。

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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

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生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO₂、H₂ 等)与H₂混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质等，是生物质能利用的方法之一.

（1）已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表:

反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，该反应的△H________0（选填：“＞”、“＜”、“＝”）；在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=_____________.

（2）甲醇是一种重要的能源和化工原料，工业上合成甲醇的反应为：CO+2H₂⇌CH₃OH．现已知：H₂(g)、CO(g)、CH₃OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则：CH₃OH不完全燃烧生成CO和液态H₂O的热化学反应方程式________.

（3）在一定温度、压强和催化条件下，工业上用CO和H₂反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为：________．

（4）下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．a电极上发生反应的电极反应式为 ________ .

（5）连接下图右装置的电源为（4）问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后，观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色，并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中________ 电极（填a或b）相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为：________.

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二甲醚（CH₃OCH₃）是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气（组成为H₂、CO和少量的CO₂）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：

（i）CO(g) + 2H₂(g) = CH₃OH(g)               △H₁ = -90.1kJ?mol^-1

（ii）CO₂(g) + 3H₂(g) = CH₃OH(g) + H₂O(g)     △H₂ = -49.0kJ?mol^-1

水煤气变换反应：

（iii）CO(g) + H₂O(g) = CO₂(g) + H₂ (g)      △H₃ = -41.1kJ?mol^-1

二甲醚合成反应：

（iV）2 CH₃OH(g) = CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)        △H₄ = -24.5kJ?mol^-1

回答下列问题：

（1）Al₂O₃是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al₂O₃的主要工艺流程是________（以化学方程式表示）。

（2）分析二甲醚合成反应（iV）对于CO转化率的影响________。

（3）由H₂和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为________。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响________。

（4）有研究者在催化剂（含Cu—Zn—Al—O和Al₂O₃）、压强为5.0MPa的条件下，由H₂和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是________。

（5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直接燃料电池（5.93kW?h?kg^-1）。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为________，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生________个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E = ________（列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量，1 kW?h = 3.6×10⁶J）。

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（14分）甲醇、二甲醚等被称为绿色能源，工业上利用天然气为主要原料与二氧化碳、水蒸气在一定条件下制备合成气（CO、H2），再制成甲醇、二甲醚（CH3OCH3）。

（1）已知1g二甲醚气体完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为32kJ，请写出二甲醚燃烧热的热化学方程式____________________________________________________________________。

（2）写出二甲醚碱性燃料电池的负极电极反应式 　　 __________________________________。

（3）用合成气制备二甲醚的反应原理为：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比[n(H2) / n(CO)]的变化曲线如下左图：

①a、b、c按从大到小的顺序排序为_________________，该反应的△H_______0（填“＞”、“＜”）。

②某温度下，将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如上图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是　　 　 　　 　　 ；

A. P3＞P2，T3＞T2　　　　　　 B. P1＞P3，T1＞T3 　　 C. P2＞P4，T4＞T2　　　　　　 D. P1＞P4，T2＞T3

③在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 　　　　 ；

A. 正反应速率先增大后减小　　　 B. 逆反应速率先增大后减小

C. 化学平衡常数K值减小　　　　 D. 氢气的转化率减小

④ 某温度下，将4.0molCO和8.0molH2充入容积为2L的密闭容器中，反应达到平衡时，测得二甲醚的体积分数为25%，则该温度下反应的平衡常数K＝__________。

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二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：

(ⅰ)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)　　 ΔH1＝－90.1 kJ·mol－1

(ⅱ)CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)　　 ΔH2＝－49.0 kJ·mol－1

水煤气变换反应：

(ⅲ)CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)　　 ΔH3＝－41.1 kJ·mol－1

二甲醚合成反应：

(ⅳ)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)　　 ΔH4＝－24.5 kJ·mol－1

回答下列问题：

(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是____________________________________________(以化学方程式表示)。

(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响

________________________________________________________________________。

(3)有研究者在催化剂(含Cu­Zn­Al­O和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________________________。

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg－1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________

_____________________，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生________________个电子的电量；该电池的理论输出电压为1.20 V，能量密度E＝_______________(列式计算。能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1 kW·h＝3.6×106 J)。

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二甲醚（CH₃OCH₃）是无色气体，可作为一种新型能源，由合成气（组成为H₂、CO、和少量CO₂）直接制备二甲醚，其中主要过程包括以下四个反应（均为可逆反应）：

①CO(g)+ 2H₂(g) = CH₃OH(g)                                  △H₁=—90．1 kJ·mol^-1

②CO₂(g)+ 3H₂(g) = CH₃OH(g)+H₂O(g)                       △H₂=—49．0 kJ·mol^-1

水煤气变换反应 ③CO(g) + H₂O (g)=CO₂(g)+H₂(g)             △H₃=—41．1 kJ·mol^-1

二甲醚合成反应 ④2CH₃OH(g)=CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)         △H₄=—24．5 kJ·mol^-1

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

（2）一定温度下，在恒容密闭容器中进行反应①，下列描述能说明反应到达平衡状态的是________。

a.容器中气体平均相对分子质量保持不变

b.容器中气体密度保持不变

c.CH₃OH(g)浓度保持不变

d.CH₃OH(g)的消耗速率等于H₂ (g)的消耗速率

（3）一定温度下，将8mol CH₃OH(g)充入5L密闭容器中进行反应④，一段时间后到达平衡状态，反应过程中共放出49kJ热量，则CH₃OH(g)的平衡转化率为________ ，该温度下，平衡常数K=________；该温度下，向容器中再充入2mol CH₃OH(g)，对再次达到的平衡状态的判断正确的是________。

a.CH₃OH(g)的平衡转化率减小

b.CH₃OCH₃ (g)的体积分数增大

c.H₂O(g)浓度为0．5mol·L^-1

d.容器中的压强变为原来的1．25倍

（4）二甲醚—氧气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，若电解质为酸性，二甲醚—氧气燃料电池的负极反应为________；消耗2．8L(标准状况)氧气时，理论上流经外电路的电子________mol

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二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量CO2) 直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH1=－90.1kJ·mol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH2=－49.0kJ·mol-1

③CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　 ΔH3=+41.1kJ·mol-1

④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　 ΔH4=－24.5kJ·mol-1。试回答下列问题：

(1)由H2和CO直接制备二甲醚的热化学方程式：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　　 ΔH =_______kJ·mol－1；该反应可以自发进行的条件为________________。

(2)将1.0mol CO2 和 3.0mol H2 充入2L恒容密闭容器中，使其仅按反应②进行，在不同催化剂作用下，相同时间内 CO2 的转化率随温度变化如图所示。下列说法正确的是______________

A．T3对应的平衡常数小于T4对应的平衡常数

B．根据图中曲线分析，催化剂I的催化效果最好

C．b点v(正)可能等于v(逆)

D．a点的转化率比c点高可能的原因是该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低

(3)若CO2和H2仅发生反应②和③，研究表明：在其他条件相同的情况下，用新型催化剂可以显著提高甲醇的选择性，使用该催化剂，按 n(CO2)：n(H2)=1：3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应，CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率：转化的 CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示：（忽略温度对催化剂的影响）

①在553K达到平衡时，反应体系内甲醇的物质的量为_________mol。

②随着温度的升高，CO2的平衡转化率增加但甲醇的选择率降低，请分析其原因：____________________________　 。

(4)O2催化辅助的 Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 则电池的正极反应式：6O2+6e-=6O2-和____________________ 。

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