Question

二甲醚(CH₃OCH₃)是一种重要的清洁燃料气，其储运、燃烧安全性、理论燃烧温度等性能指标均优于液化石油气，也可用作燃烧电池的燃料，具有很好的好展前景。

（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃烧热(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，则工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为     。

（2）工业上采用电浮远凝聚法处理污水时，保持污水的pH在5.0，通过电解生成Fe(OH)₃胶体，吸附不溶性杂质，同时利用阴极产生的H₂，将悬浮物带到水面，利于除去。实验室以二甲醚燃料电池模拟该方法设计的装置如下图所示：

①乙装置以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极。写出该燃料电池的正极电极反应式                          ；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是                     。

A.MgCO₃           B.Na₂CO₃           C.NaHCO₃            D.(NH₄)₂CO₃

②写出甲装置中阳极产物离子生成Fe(OH)₃沉淀的离子方程式：                        。

③已知常温下K_ap[Fe(OH)₃]=4.0×10^—38，电解一段时间后，甲装置中c(Fe³⁺)=           。

④已知：H₂S的电离平衡常数：K₁=9.1×10^—8、K₂=1.1×10^—12；H₂CO₃的电离平衡常数：K₁=4.31×10^—7、K₂=5.61×10^—11。测得电极上转移电子为0.24mol时，将乙装置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中，下列各项正确的是

A．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2—+H₂O=CO₃^2—+H₂S

B．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2—+H₂O=HCO₃^—+HS^—

C．c(Na⁺)=2[c(H₂S)+c(HS^—)+c(S^2—)]

D．c(Na⁺)+c(H⁺)=2c(CO₃^2—)+2c(S^2—)+c(OH^—)

E．c(Na⁺)>c(HCO₃^—)>c(HS^—)>c(OH^—)

 

Answer 1

【答案】

 （1）3H₂（g）+3CO（g）＝CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）ΔH= －246.4kJ/mol

（2）① O₂ + 4e^—＋2CO₂ ＝2CO₃^2—；B

② 4Fe²⁺＋O₂＋10H₂O＝4Fe(OH)₃↓＋8H⁺

③ 4.0×10^—11mol/L  ④B、C、E

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律可知：工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为3H₂（g）+3CO（g）＝CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）ΔH=－246.4kJ/mol。（2）①以二甲醚为燃料的电池，通入燃料的电极为负极，通入O₂的电极为正极。正极电极反应式O₂ + 4e^—＋2CO₂ ＝2CO₃^2—。NaHCO₃和(NH₄)₂CO₃ 受热易分解，所以不能用熔融碳酸盐电解质。MgCO₃和Na₂CO₃都是离子化合物，离子键前者大于后者，熔化需要消耗更多的能量，所以一般用Na₂CO₃来做熔融盐电池的电解质。 ②在甲装置中Al作阴极。Fe作阳极。阳极发生氧化反应：Fe-2e^-=Fe²⁺. 然后发生反应：4Fe²⁺＋O₂＋10H₂O＝4Fe(OH)₃↓＋8H⁺。产生4Fe(OH)₃沉淀，来吸附不溶性杂质，从而使水变得澄清。③在常温下K_ap[Fe(OH)₃] =4.0× 10^—38，pH在5.0，c(OH^-)=10^-9mol/L, c(Fe³⁺)= K_ap[Fe(OH)₃]÷ c(OH^-)³=4.0×10^—38÷ (10^-9)³= 4.0×10^—11mol/L.  ④在甲醚燃料电池中的负极发生的电极反应为：:CH₃OCH₃+3H₂O=2CO₂+12e^-+12H⁺。可见每转移6mol的电子，产生1÷mol的CO₂气体，今转移电子0.24mol，所以产生CO₂气体的物质的量为0.24mol÷6= 0.04mol.n(Na₂S)= 0.2L× 0.2mol/L=0.04mol. 因此结合电离平衡常数二者发生反应的反应为CO₂+S^2—+ H₂O=HCO₃^—+HS^—。因此A错误。B正确。C．根据物料守恒可得c(Na⁺)=2c(S^2—)(开始)=2[c(H₂S)+ c(HS^—)+c(S^2—)]。正确。D. 根据电荷守恒可得：c(Na⁺)+c(H⁺)= 2c(CO₃^2—)+2c(S^2—)+ c(OH^—)+c(HCO₃^—）+c(HS^—).错误。E.根据二者之间的反应及物料守恒可得c(Na⁺)= c(HCO₃^—)(开始)+c(HS^—)(开始). HCO₃^—和HS^—都要发生水解反应，要消耗，因为电离平衡常数H₂CO₃>H₂S。酸的电离常数越大，越容易电离，酸根离子水解程度就越小。即水解程度HCO₃^—<HS^—。水解程度越大溶液中该离子的浓度就越小。所以c(HCO₃^—）>c(HS^—)。水解使溶液显碱性。但盐水解总的来说是很微弱的，因此溶液中各离子的浓度关系为：c(Na⁺)>c(HCO₃^—)>c(HS^—)>c(OH^—)。正确。

考点：考查热化学方程式和离子方程式的书写、燃料电池、电解池的反应原理、离子浓度的大小比较。