Question

二甲醚(CH₃OCH₃)是一種重要的清潔燃料氣，其儲(chǔ)運(yùn)、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(shí)，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(shí)利用陰極產(chǎn)生的H₂，將懸浮物帶到水面，利于除去。實(shí)驗(yàn)室以二甲醚燃料電池模擬該方法設(shè)計(jì)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K_ap[Fe(OH)₃]=4.0×10^—38，電解一段時(shí)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(shí)，將乙裝置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中，下列各項(xiàng)正確的是
A．發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+S^2—+H₂O=CO₃^2—+H₂S
B．發(fā)生反應(yīng)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

（1）3H₂（g）+3CO（g）＝CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）ΔH= －246.4kJ/mol
（2）①O₂ + 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(jù)蓋斯定律可知：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(fù)極，通入O₂的電極為正極。正極電極反應(yīng)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(zhì)。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(zhì)。 ②在甲裝置中Al作陰極。Fe作陽極。陽極發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe-2e^-=Fe²⁺. 然后發(fā)生反應(yīng)：4Fe²⁺＋O₂＋10H₂O＝4Fe(OH)₃↓＋8H⁺。產(chǎn)生4Fe(OH)₃沉淀，來吸附不溶性雜質(zhì)，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(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為：:CH₃OCH₃+3H₂O=2CO₂+12e^-+12H⁺�？梢娒哭D(zhuǎn)移6mol的電子，產(chǎn)生1÷mol的CO₂氣體，今轉(zhuǎn)移電子0.24mol，所以產(chǎn)生CO₂氣體的物質(zhì)的量為0.24mol÷6= 0.04mol.n(Na₂S)=" 0.2L×" 0.2mol/L="0.04mol." 因此結(jié)合電離平衡常數(shù)二者發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)為CO₂+S^2—+ H₂O=HCO₃^—+HS^—。因此A錯(cuò)誤。B正確。C．根據(jù)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(jù)電荷守恒可得：c(Na⁺)+c(H⁺)= 2c(CO₃^2—)+2c(S^2—)+ c(OH^—)+c(HCO₃^—）+c(HS^—).錯(cuò)誤。E.根據(jù)二者之間的反應(yīng)及物料守恒可得c(Na⁺)= c(HCO₃^—)(開始)+c(HS^—)(開始). HCO₃^—和HS^—都要發(fā)生水解反應(yīng)，要消耗，因?yàn)殡婋x平衡常數(shù)H₂CO₃>H₂S。酸的電離常數(shù)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(guān)系為：c(Na⁺)>c(HCO₃^—)>c(HS^—)>c(OH^—)。正確。
考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式和離子方程式的書寫、燃料電池、電解池的反應(yīng)原理、離子濃度的大小比較。