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...

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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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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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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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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荆门天茂实业集团为新能源领域的先行者，在中南地区拥有最大的甲醇装置并已建成年产50万吨二甲醚装置。由合成气（组成为H2、CO和少量的CO2）直接制备二甲醚，涉及如下反应。

甲醇合成反应：（i）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-90.1kJ•mol-1

二甲醚合成反应：（ii）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.9kJ•mol-1

（iii）2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)△H3=-29.1kJ•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。工业上以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）　　　　　　 　　　 、　　　　　　 　　　 、2Al(OH)3 Al2O3 +3H2O。

（2）一定温度时，反应（i）的平衡常数数值Kp = 4.80×10-2，向容器中充入2 mol H2和1 molCO，反应（i）达平衡状态时，甲醇的分压p(CH3OH)=24.0 kPa，则平衡时，混合气体中CH3OH的物质的量分数为__________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度所得的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。

（3）二甲醚合成反应过程中两反应能量变化如图所示：

①反应速率较大的是__________（填序号 “ ii”、“ iii”），说明原因　　　　　　　　　　　　 。

②若在容器中加入催化剂，则E2 - E1将__________（填“变大”、“不变”或“变小”）。

（4）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　　　　　　　 　　　 。

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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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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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