Question

3．甲醚（CH₃OCH₃）被稱(chēng)為21世紀(jì)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(wú)色氣體，具有輕微的醚香味，其燃燒熱為1455  kJ•mol^-1，甲醚可作燃料電池的燃料．
（1）寫(xiě)出甲醚燃燒的熱化學(xué)方程式CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；已知H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；計(jì)算反應(yīng)4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₃OCH₃（g）的反應(yīng)熱為△H=-378.8kJ/mol；
（2）工業(yè)上利用H₂和CO₂合成二甲醚的反應(yīng)如下：6H₂（g）+2CO₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
①一定溫度下，在一個(gè)固定體積的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)．下列能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是ad（選填編號(hào)，注意大小寫(xiě)）
a．c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變
b．單位時(shí)間內(nèi)有2mol H₂消耗時(shí)，有1mol H₂O生成
c．容器中氣體密度不再改變
d．容器中氣體壓強(qiáng)不再改變
②溫度升高，該化學(xué)平衡移動(dòng)后，達(dá)到新的平衡，CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變�。ㄌ睢白兇蟆�、“變小”或“不變”，下同）
（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池．該電池的負(fù)極反應(yīng)式的其中一個(gè)產(chǎn)物是CO₃^2-，請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的負(fù)極反應(yīng)式CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O；
（4）用（3）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL NaCl溶液，裝置如圖所示，請(qǐng)寫(xiě)出電解過(guò)程中Y電極附近觀察到的現(xiàn)象是Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；當(dāng)燃料電池消耗2.8LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，計(jì)算此時(shí)：NaCl溶液的pH=14（假設(shè)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(jié)合書(shū)寫(xiě)方法寫(xiě)出熱化學(xué)方程式；
依據(jù)燃燒熱寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式和對(duì)應(yīng)焓變；
（2）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進(jìn)行判斷．
②根據(jù)反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，據(jù)此判斷CH₃OCH₃的產(chǎn)率；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應(yīng)比直接燃燒能量轉(zhuǎn)化率高；
（4）惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽(yáng)極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；依據(jù)原電池和電解池中存在的電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)計(jì)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(xué)方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；熱化學(xué)方程式
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$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(jì)算①×3+②×2-③得到反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：2C（s）+3H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CH₂OCH₃（g）：△H=-169.4kJ/mol；
4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₂OCH₃（g）：△H=-338.8kJ/mol；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；△H=-378.8kJ/mol；
（2）①a、在反應(yīng)達(dá)平衡前，c（H₂）與c（H₂O）的比值在變小，故當(dāng)c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，故A選；
b、單位時(shí)間內(nèi)有2mol H₂消耗時(shí)一定會(huì)有1mol H₂O生成，故不能作為平衡的標(biāo)志，故B不選；
c、本反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在反應(yīng)過(guò)程中氣體的質(zhì)量一直不變，而又是恒容的容器，即氣體體積不變，故氣體密度ρ=$\frac{m}{V}$一直不變，故密度不變不能作為平衡的標(biāo)志，故c不選；
d、此反應(yīng)是個(gè)氣體的物質(zhì)的量有改變的反應(yīng)，即在平衡之前，容器中氣體的物質(zhì)的量和壓強(qiáng)在變化，故當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，故d選．
故選ad；
②反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，故CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變小，故答案為：變��；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O；
（4）電解池中Y電極為陽(yáng)極，溶液中氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，現(xiàn)象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；
當(dāng)燃料電池消耗2.8LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）物質(zhì)的量=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉(zhuǎn)移為0.5mol，電解池中 陽(yáng)極電極反應(yīng)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=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，此時(shí)NaCl溶液的pH=14；
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；14．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法和燃燒熱概念，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池反應(yīng)、電解池反應(yīng)原理的應(yīng)用判斷，掌握實(shí)質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．