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(biāo)均優(yōu)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(yè)上利用水煤氣成分按1:1合成二甲醚的熱化學(xué)方程式為：             。

（2）工業(yè)上采用電浮遠(yuǎn)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(zhì)，同時利用陰極產(chǎn)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(shè)計的裝置如下圖所示：

①乙裝置以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極。寫出該燃料電池的正極電極反應(yīng)式          ；下列物質(zhì)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(chǎn)物離子生成Fe(OH)3沉淀的離子方程式                   。

③已知常溫下Ksp[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(shù)：K1=9.1×10-8、K2=1.1×10-12；H2CO3的電離平衡常數(shù)：K1=4.31×10-7、K2=5.61×10-11。測得電極上轉(zhuǎn)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,下列選項正確的是

A．發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：CO2+S2-+H2O=CO32-+H2S

B．發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：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）由蓋斯定律可知，工業(yè)上用水煤氣按1：1合成二甲醚的熱化學(xué)方程式是，

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

（2）①以二甲醚為燃料的電池，二甲醚從負(fù)極通入，氧氣從正極通入，正極電極的反應(yīng)式是O2+4e-+2CO2=2CO32-；NaHCO3和(NH4)2CO3受熱易分解，所以不能用熔融碳酸鹽電解質(zhì)。MgCO3和Na2CO3都是離子化合物，離子鍵前者大于后者，熔化需要更從的能量，所以用Na2CO3來做熔融鹽電池的電解質(zhì)。

②在甲裝置中，Al做陰極，F(xiàn)e做陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e-2e-=Fe2+，然后發(fā)生反應(yīng)，4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+，產(chǎn)生Fe(OH)3吸附不溶性雜質(zhì)，從而使水變澄清。

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

④乙裝置中陰極上甲醚失電子生成二氧化碳，根據(jù)CH3OCH3-2CO2-12e-計算n（CO2）=0.04mol，n（Na2S）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，根據(jù)電離平衡常數(shù)知發(fā)生反應(yīng)CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，則溶液中的溶質(zhì)是等物質(zhì)的量濃度的NaHCO3和NaHS。通過以上分析可知A錯誤，B正確；C由物料守恒的正確；D為電荷守恒正確的應(yīng)是c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+2c(S2-)+c(OH-)+c(HS-)+c(HCO3-)，故錯誤；E中碳酸氫根離子和硫氫根離子都水解和電離，但程度都較小，鈉離子不水解，根據(jù)電離平衡常數(shù)知，HCO3-水解程度小于HS-，故E正確；