Question

5．二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，它清潔、高效，具有優良的環保性能．四川是利用天然氣生產二甲醚的重要基地之一．請填寫下列空白：
（1）與二甲醚相對分子質量相等且元素種類相同的有機物的結構簡式是：C₂H₅OH．
（2）二甲醚可由合成氣（CO+H₂）在一定條件下制得．用合成氣制二甲醚時，還產生了一種可參與大氣循環的無機化合物，該反應的化學方程式可能是：3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O．
（3）以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池．該電池中負極上的電極反應式是：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（4）制備二甲醚的合成氣可由甲烷與水蒸氣或二氧化碳經高溫催化反應制得．合成氣除制二甲醚外，還可用于冶煉金屬，用它冶煉鐵的生產過程如圖所示：
①在催化反應室中進行的反應均為可逆反應，增大體系的壓強對甲烷轉化率的影響是減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②若有x m³（標準狀況）的甲烷進入燃燒反應室，生成5ykg的鐵，最多可產生合成氣12（x+y）m³（標準狀況）．

Answer 1

分析 （1）與二甲醚相對分子質量相等且元素種類相同的有機物為乙醇；
（2）CO+H₂在一定條件下合成二甲醚，可能生成二氧化碳或水；
（3）負極上二甲醚失去電子；
（4）①催化反應室中發生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），加壓平衡逆向移動；
②x m³（標準狀況）的甲烷進入燃燒反應室，發生CH₄+2O₂$\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O（g），生成3xm³尾氣；在還原反應室發生3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O、3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，生成5ykg的鐵，生成氣體的物質的量為Fe的物質的量的$\frac{3}{2}$倍，生成氣體體積為$\frac{5y×1{0}^{3}}{56}×\frac{3}{2}mol×22.4mol/L$×10^-3m³/L=3ym³，則在燃燒與反應室中產生氣體的總體積為（3x+3y）m³，結合催化反應室中發生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），可知合成氣的體積為通入二氧化碳和水蒸氣體積的4倍，以此來解答．

解答 解：（1）與二甲醚相對分子質量相等且元素種類相同的有機物為乙醇，其結構簡式為C₂H₅OH，故答案為：C₂H₅OH；
（2）CO+H₂在一定條件下合成二甲醚，可能生成二氧化碳或水，反應為3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O，故答案為：3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂或2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O；
（3）負極上二甲醚失去電子，則堿性電解質中該電池中負極上的電極反應式為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（4）①催化反應室中發生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），加壓平衡逆向移動，甲烷轉化率減小，
故答案為：減小；
②x m³（標準狀況）的甲烷進入燃燒反應室，發生CH₄+2O₂$\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O（g），生成3xm³尾氣；在還原反應室發生3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O、3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，生成5ykg的鐵，生成氣體的物質的量為Fe的物質的量的$\frac{3}{2}$倍，生成氣體體積為$\frac{5y×1{0}^{3}}{56}×\frac{3}{2}mol×22.4mol/L$×10^-3m³/L=3ym³，則在燃燒與反應室中產生氣體的總體積為（3x+3y）m³，在催化反應室中發生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），可知合成氣的體積為通入二氧化碳和水蒸氣體積的4倍，即為4×（3x+3y）m³=12（x+y）m³，故答案為：12（x+y）．

點評 本題考查原電池及化學反應的計算，為高頻考點，把握電極反應的書寫、平衡移動及制備二甲醚的合成氣涉及的化學反應為解答的關鍵，（4）為解答的難點，題目難度中等．