Question

甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能，甲醚是一種無色氣體，具有輕微的醚香味，其燃燒熱為1455kJ/mol，甲醚可作燃料電池的燃料．工業(yè)上用合成氣（CO、H₂）直接或間接制取甲醚．
（1）寫出甲醚燃燒的熱化學方程式

 

．
（2）已知H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ?mol^-1、393.5kJ?mol^-1；計算反應4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₂OCH₃（g）的反應熱為

 

．
（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池．該電池的負極反應式為

 

；從能量角度分析甲醚用作燃料電池與直接燃燒相比主要的優(yōu)點是

 

．
（4）用（3）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的：NaCl溶液，裝置如圖所示：
①請寫出電解過程中Y電極附近觀察到的現(xiàn)象

 

．
②當燃料電池消耗2.8LO₂（標準狀況下）時，計算此時：NaCl溶液的pH=

 

（假設溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)燃燒熱概念含義是1mol甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量為燃燒熱，結合書寫方法寫出熱化學方程式；
（2）依據(jù)燃燒熱寫出熱化學方程式，結合蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式和對應焓變；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應比直接燃燒能量轉化率高；
（4）①惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；
②依據(jù)原電池和電解池中存在的電子守恒結合電極反應計算溶液PH；

解答：解：（1）甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol，則燃燒方式的熱化學方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
（2）H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ?mol^-1、393.5kJ?mol^-1；熱化學方程式
①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol；
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol；
③CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律計算①×3+②×2-③得到反應熱化學方程式為：2C（s）+3H₂（g）+

1

2

O₂（g）═CH₂OCH₃（g）：△H=-169.4kJ/mol；
4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₂OCH₃（g）：△H=-378.8kJ/mol；
故答案為：△H=-378.8kJ/mol；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；從能量角度分析甲醚用作燃料電池與直接燃燒相比主要的優(yōu)點是能量利用和轉化率高；
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O，燃料電池的能量轉換效率高；
（4）①電解池中Y電極為陽極，溶液中氯離子失電子發(fā)生氧化反應生成氯氣，現(xiàn)象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；
故答案為：Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；
②當燃料電池消耗2.8LO₂（標準狀況下）物質(zhì)的量=

2.8L

22.4L/mol

=0.125mol，電極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉移為0.5mol，電解池中 陽極電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，依據(jù)電子守恒溶液中減少氫氧根離子物質(zhì)的量和增加的氫離子物質(zhì)的量守恒，則溶液中氫離子濃度=

0.5mol

0.5L

=1mol/L，此時NaCl溶液的pH=14；
故答案為：14；

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫方法和燃燒熱概念，蓋斯定律的計算應用，原電池反應、電解池反應原理的應用判斷，掌握實質(zhì)是解題關鍵，題目難度中等．