Question

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        。

Answer 1

（1）
（2）
（3）20mol    
（4）① CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺ 
② 6.4g （每空2分）

试题分析：（1）已知：CH₃0CH₃（g）、H₂（g）的标准燃烧热分别为：△H=-1455．OkJ?mol^-1、△H=-285.8kJ?mol^-1，①CH₃0CH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455.0kJ?mol^-1；
②H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1，依据盖斯定律②×6-①得到：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ?mol?¹，写出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的热化学方程式为：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ?mol?¹。
（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C0₂吸收剂，乙醇胺水溶液呈弱碱性是取代基氨基结合氢离子，使溶液中的氢氧根离子浓度增大，结合二氧化碳生成碳酸盐，反应的化学方程式为：2HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂?（HOCH₂CH₂NH₃）₂CO₃。
（3）生产0.3mol二甲醚，理论上应生成二甲醚物质的量0.3mol÷5%=6mol，反应的反应的CO₂的物质的量为12mol，实际通入的CO₂的物质的量为12mol÷60%=20mol。
（4）①反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，b为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺。
②若以1.12L?min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL 2mol?L^-1 CuS0₄溶液，通电0.50min后，通入二甲醚物质的量=1.12L/min×0.50min÷22.4L/mol
=0.025mol；依据电极反应电子守恒，CH₃OCH₃～12e^-,n（e?）=0.025mol×12=0.3mol， 50mL2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，Cu²⁺共0.05mol×2mol?L?¹=0.1mol，Cu²⁺完全反应，所以m（Cu）=0.1mol×64g/mol=6.4g