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Ksp[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,下列选项正确的是

A．发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O=CO32-+H2S

B．发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O=HCO3-+HS-

C．c(Na+)=2[c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)]

D．c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+2c(S2-)+c(OH-)

E．c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)

 

Answer 1

（1）2H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)   △H＝－246.4 kJ·mol－1

（2）① O2+4e-+2CO2=2CO32-； B   ②4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+

③4.0×10-11mol/L    ④B、C、E

【解析】（1）由盖斯定律可知，工业上用水煤气按1：1合成二甲醚的热化学方程式是，

2H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)  △H＝－246.4 kJ·mol－1。

（2）①以二甲醚为燃料的电池，二甲醚从负极通入，氧气从正极通入，正极电极的反应式是O2+4e-+2CO2=2CO32-；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，熔化需要更从的能量，所以用Na2CO3来做熔融盐电池的电解质。

②在甲装置中，Al做阴极，Fe做阳极，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Fe(OH)3吸附不溶性杂质，从而使水变澄清。

③在常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38mol/L ,pH=5.0，c(OH-)=10-9mol/L，代入ksp从而求得c(Fe3+)=4.0×10-11mol/L。

④乙装置中阴极上甲醚失电子生成二氧化碳，根据CH3OCH3-2CO2-12e-计算n（CO2）=0.04mol，n（Na2S）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，根据电离平衡常数知发生反应CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，则溶液中的溶质是等物质的量浓度的NaHCO3和NaHS。通过以上分析可知A错误，B正确；C由物料守恒的正确；D为电荷守恒正确的应是c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+2c(S2-)+c(OH-)+c(HS-)+c(HCO3-)，故错误；E中碳酸氢根离子和硫氢根离子都水解和电离，但程度都较小，钠离子不水解，根据电离平衡常数知，HCO3-水解程度小于HS-，故E正确；