(15分)二甲醚(DME)和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料,目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得。
(1)由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2 kJ·mol-1
则反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H= kJ·mol-1。
(2)将合成气以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示:
①该反应的平衡常数表达式为 ;P1、P2、P3由大到小的顺序为 。
②若反应在P3和316℃时,起始时n(H2)/n(CO)=3,则达到平衡时,CO的转化率 50%(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数(K)的关系如表数据,
250℃时,将2 molCO和6 molH2充入2L的密闭容器中发生反应,反应时间与物质浓度的关系如图所示,则前10分钟内,氢气的平均反应速率为 ;若15分钟时,只改变温度一个条件,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,此时温度为 (从上表中选),请在图中画出15—25分钟c (CH3OH)的变化曲线。
(4)利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚,原理是:CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O,CH3HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是 。
高三化学填空题中等难度题
(15分)二甲醚(DME)和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料,目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得。
(1)由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2 kJ·mol-1
则反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H= kJ·mol-1。
(2)将合成气以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示:
①该反应的平衡常数表达式为 ;P1、P2、P3由大到小的顺序为 。
②若反应在P3和316℃时,起始时n(H2)/n(CO)=3,则达到平衡时,CO的转化率 50%(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数(K)的关系如表数据,
250℃时,将2 molCO和6 molH2充入2L的密闭容器中发生反应,反应时间与物质浓度的关系如图所示,则前10分钟内,氢气的平均反应速率为 ;若15分钟时,只改变温度一个条件,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,此时温度为 (从上表中选),请在图中画出15—25分钟c (CH3OH)的变化曲线。
(4)利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚,原理是:CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O,CH3HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是 。
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二甲醚又称甲醚,简称DME,熔点,沸点,与石油液化气相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。制备原理如下:
(I)由天然气催化制备二甲醚:①;
(II)由合成气制备二甲醚:
②;
③。
回答下列问题:
(1)若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是和;液态水变为气态水要吸收的热量。则________。
(2)反应③的化学平衡常数表达式为________。制备原理Ⅰ中,在恒温、恒容的密闭容器中合成,将气体按混合,图中能正确反映反应①中的平衡体积分数随温度变化的曲线是________。下列能表明反应①达到化学平衡状态的是________填字母。
A.混合气体的密度不变
B.反应容器中二甲醚的百分含量不变
C.反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比
D.混合气体的压强不变
(3)有人模拟制备原理Ⅱ,在500K时的2L的密闭容器中充入2molCO和,此时体系总压强是。8min达到平衡,平衡时CO浓度为,,则CO的转化率为________,用平衡分压表示可逆反应③的平衡常数________分压总压物质的量分数。
(4)在500K时的2L的密闭容器中充入,发生反应③,容器的总压强为4000kPa,反应5min后达到平衡,,用单位时间甲醇的分压变化表示该反应的反应速率为________。
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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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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/Al2O3):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=-100.46kJ/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 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,通入DME的电极反应为 。
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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=2CO2-3+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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二甲醚又称甲醚,简称 DME,熔点,沸点,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。 由合成气()制备二甲醚的反应原理如下:
①
②
回答下列问题:
(1)已知:,若由合成气() 制备 ,且生成,其热化学方程式为_______________。
(2)有人模拟该制备原理:500K时,在2L的密闭容器中充入和. 5min达到平衡,平衡时测得,,此时的转化率为___________。用 表示反应①的速率是_____________,可逆反应②的平衡常数 =_______________________
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数值变小,则下列说法正确的是_________________ 。
A. 平衡向正反应方向移动
B. 平衡移动的原因是升高了温度
C. 达到新平衡后体系的压强不变
D. 容器中的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入和进行反应①,平衡时和的转化率如图所示,则a=________ (填数值)。
(5)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为:。向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和,恒温()时,各物质的浓度随时间的变化如下表:
浓度/ 时间/min | |||
0 | 0.100 | 0 | 0 |
10 | 0.058 | 0.021 | 0.021 |
20 | 0.040 | 0.030 | 0.030 |
30 | 0.040 | 0.030 | 0.030 |
40 | 0.032 | 0.034 | 0.017 |
50 | 0.032 | 0.034 | 0.017 |
在31 min时,若只改变某一条件使平衡发生移动,40 min,50 min时各物质的浓度如上表所示,则改变的条件是__________________。
在51 min时,保持温度和容器体积不变再充入和,使二者的浓度均增加至原来的两倍,此时化学平衡__(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。
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二甲醚又称甲醚,简称 DME,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。 由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1
②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1
回答下列问题:
(1)已知:H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol,若由合成气(CO、H2) 制备 1molCH3OCH3(g),且生成 H2O(1),其热化学方程式为_______________。
(2)有人模拟该制备原理:500K时,在2L的密闭容器中充入2mol CO和6molH2,5min达到平衡,平衡时测得c(H2)=1.8mo l·L-1, c(CH3OCH3)=0.2mo l·L-1,此时 CO的转化率为__________。用 CH3OH 表示反应①的速率是_____________mo l·L-1·m i n -1,可逆反应②的平衡常数 K2=______________________。
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数 K2 值变小,下列说法正确的是____。
A. 平衡向正反应方向移动 B. 平衡移动的原因是升高了温度
C. 达到新平衡后体系的压强不变 D. 容器中 CH3OCH3 的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)进行反应①,平衡时 CO(g)和 H2(g)的转化率如图所示,则a=________ (填数值)。
(5)绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图所示,电解质为 熔 融 态 的 碳 酸 盐 (如 熔 融K2CO3),其中 CO2 会参与电极反应。 工作时正极的电极反应为______________ 。
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二甲醚又称甲醚,简称 DME,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。 由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1
②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1
回答下列问题:
(1)已知:H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol,若由合成气(CO、H2) 制备 1molCH3OCH3(g),且生成 H2O(1),其热化学方程式为_______________。
(2)有人模拟该制备原理:500K时,在2L的密闭容器中充入2mol CO和6molH2,5min达到平衡,平衡时测得c(H2)=1.8mo l·L-1, c(CH3OCH3)=0.2mo l·L-1,此时 CO的转化率为__________。用 CH3OH 表示反应①的速率是_____________mo l·L-1·m i n -1,可逆反应②的平衡常数 K2=______________________。
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数 K2 值变小,下列说法正确的是____。
A. 平衡向正反应方向移动 B. 平衡移动的原因是升高了温度
C. 达到新平衡后体系的压强不变 D. 容器中 CH3OCH3 的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)进行反应①,平衡时 CO(g)和 H2(g)的转化率如图所示,则a=________ (填数值)。
(5)绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图所示,电解质为 熔 融 态 的 碳 酸 盐 (如 熔 融K2CO3),其中 CO2 会参与电极反应。 工作时正极的电极反应为______________ 。
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二甲醚又称甲醚,简称 DME,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。 由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1
②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1
回答下列问题:
(1)已知:H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol,若由合成气(CO、H2) 制备 1molCH3OCH3(g),且生成 H2O(1),其热化学方程式为___________________________________。
(2)有人模拟该制备原理:500K时,在2L的密闭容器中充入2mol CO和6molH2,5min达到平衡,平衡时测得c(H2)=1.8mo l·L-1, c(CH3OCH3)=0.2mo l·L-1,此时 CO的转化率为__________。可逆反应②的平衡常数 K2=_____________________ _。
(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数 K2 值变小,下列说法正确的是________________________。
A. 平衡向正反应方向移动 B. 平衡移动的原因是升高了温度
C. 达到新平衡后体系的压强不变 D. 容器中 CH3OCH3 的体积分数减小
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)进行反应①,平衡时 CO(g)和 H2(g)的转化率如图1所示,则a=________ (填数值)。
(5)绿色电源“二甲醚燃料电池”的结构如图 2 所示,电解质为 熔 融 态 的 碳 酸 盐 (如 熔 融K2CO3),其中 CO2 会参与电极反应。 工作时负极的电极反应为______________ 。
(6)对于反应CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) △H1= + 41.2kJ/mol在一个绝热的固定容积的容器中,判断此反应达到平衡的标志是______________。
①体系的压强不再发生变化 ②混合气体的密度不变 ③混合气体的平均相对分子质量不变 ④各组分的物质的量浓度不再改变 ⑤体系的温度不再发生变化 ⑥υ(CO2)正=υ(H2O)逆
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