Question

二甲醚(CH₃OCH₃)是一種重要的清潔燃料氣，其儲運、燃燒安全性、理論燃燒溫度等性能指標均優于液化石油氣，也可用作燃燒電池的燃料，具有很好的好展前景。

（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃燒熱(ΔH)分別為-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，則工業上利用水煤氣成分按1:1合成二甲醚的熱化學方程式為     。

（2）工業上采用電浮遠凝聚法處理污水時，保持污水的pH在5.0，通過電解生成Fe(OH)₃膠體，吸附不溶性雜質，同時利用陰極產生的H₂，將懸浮物帶到水面，利于除去。實驗室以二甲醚燃料電池模擬該方法設計的裝置如下圖所示：

①乙裝置以熔融碳酸鹽為電解質，稀土金屬材料為電極。寫出該燃料電池的正極電極反應式                          ；下列物質可用做電池熔融碳酸鹽的是                     。

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

②寫出甲裝置中陽極產物離子生成Fe(OH)₃沉淀的離子方程式：                        。

③已知常溫下K_ap[Fe(OH)₃]=4.0×10^—38，電解一段時間后，甲裝置中c(Fe³⁺)=           。

④已知：H₂S的電離平衡常數：K₁=9.1×10^—8、K₂=1.1×10^—12；H₂CO₃的電離平衡常數：K₁=4.31×10^—7、K₂=5.61×10^—11。測得電極上轉移電子為0.24mol時，將乙裝置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中，下列各項正確的是

A．發生反應的離子方程式為：CO₂+S^2—+H₂O=CO₃^2—+H₂S

B．發生反應的離子方程式為：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】

試題分析：（1）根據蓋斯定律可知：工業上利用水煤氣成分按1:1合成二甲醚的熱化學方程式為3H₂（g）+3CO（g）＝CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）ΔH=－246.4kJ/mol。（2）①以二甲醚為燃料的電池，通入燃料的電極為負極，通入O₂的電極為正極。正極電極反應式O₂ + 4e^—＋2CO₂ ＝2CO₃^2—。NaHCO₃和(NH₄)₂CO₃ 受熱易分解，所以不能用熔融碳酸鹽電解質。MgCO₃和Na₂CO₃都是離子化合物，離子鍵前者大于后者，熔化需要消耗更多的能量，所以一般用Na₂CO₃來做熔融鹽電池的電解質。 ②在甲裝置中Al作陰極。Fe作陽極。陽極發生氧化反應：Fe-2e^-=Fe²⁺. 然后發生反應：4Fe²⁺＋O₂＋10H₂O＝4Fe(OH)₃↓＋8H⁺。產生4Fe(OH)₃沉淀，來吸附不溶性雜質，從而使水變得澄清。③在常溫下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在甲醚燃料電池中的負極發生的電極反應為：:CH₃OCH₃+3H₂O=2CO₂+12e^-+12H⁺�？梢娒哭D移6mol的電子，產生1÷mol的CO₂氣體，今轉移電子0.24mol，所以產生CO₂氣體的物質的量為0.24mol÷6= 0.04mol.n(Na₂S)= 0.2L× 0.2mol/L=0.04mol. 因此結合電離平衡常數二者發生反應的反應為CO₂+S^2—+ H₂O=HCO₃^—+HS^—。因此A錯誤。B正確。C．根據物料守恒可得c(Na⁺)=2c(S^2—)(開始)=2[c(H₂S)+ c(HS^—)+c(S^2—)]。正確。D. 根據電荷守恒可得：c(Na⁺)+c(H⁺)= 2c(CO₃^2—)+2c(S^2—)+ c(OH^—)+c(HCO₃^—）+c(HS^—).錯誤。E.根據二者之間的反應及物料守恒可得c(Na⁺)= c(HCO₃^—)(開始)+c(HS^—)(開始). HCO₃^—和HS^—都要發生水解反應，要消耗，因為電離平衡常數H₂CO₃>H₂S。酸的電離常數越大，越容易電離，酸根離子水解程度就越小。即水解程度HCO₃^—<HS^—。水解程度越大溶液中該離子的濃度就越小。所以c(HCO₃^—）>c(HS^—)。水解使溶液顯堿性。但鹽水解總的來說是很微弱的，因此溶液中各離子的濃度關系為：c(Na⁺)>c(HCO₃^—)>c(HS^—)>c(OH^—)。正確。

考點：考查熱化學方程式和離子方程式的書寫、燃料電池、電解池的反應原理、離子濃度的大小比較。