Question

【題目】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(yōu)于液化石油氣，也可用作燃燒電池，具有很好的發(fā)展前景。

（1）已知 H2、CO 和CH3OCH3的燃燒熱(ΔH)分別為-285.5kJ/mol、 -283kJ/mol 和-1460.0kJ/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方程式為： ____________。

（2）工業(yè)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(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(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)生反應的離子方程式為：CO2+S2-+H2O=CO32-+H2S

B．發(fā)生反應的離子方程式為： 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

【答案】2H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g) △H＝－246.4 kJ·mol－1 O2+4e-+2CO2=2CO32- B 4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+ 4.0×10-11mol/L B、C、E

【解析】

（1）①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.5kJ/mol，②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283kJ/mol，③CH3OCH3（g）+3O2=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1460.0kJ/mol

用水煤氣成分按1：1合成二甲醚，將方程式3①+3②-③得：3H2（g）+3CO（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=3（-285.5kJ/mol）+3（-283kJ/mol）-（-1460.0kJ/mol）=-245.5kJ/mol，故答案為3H2（g）+3CO（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-245.5kJmol-1；

（2）①燃料電池中，正極上氧化劑氧氣得電子和二氧化碳發(fā)生還原反應生成碳酸根離子，電極反應式為O2+4e-+2CO2=2CO32-；熔融碳酸鹽性質要穩(wěn)定，高溫時不能分解生成其它物質，A．MgCO3高溫下分解生成氧化鎂和二氧化碳而得不到碳酸根離子，故錯誤； B．Na2CO3性質較穩(wěn)定，熔融狀態(tài)下只發(fā)生電離而不發(fā)生分解反應，故正確；C．NaHCO3性質不穩(wěn)定，易分解而得不到碳酸根離子，故錯誤；D．（NH4）CO3性質不穩(wěn)定，易分解而得不到碳酸根離子，故錯誤；故答案為O2+4e-+2CO2=2CO32-；B；

②陽極上Fe失電子生成亞鐵離子，陰極上生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，被氧氣氧化生成氫氧化鐵，離子反應方程式為：4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+，故答案為4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+；

③c（Fe3+）= =mol/L=4.0×10-11 mol/L，故答案為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CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，則溶液中的溶質是等物質的量濃度的NaHCO3、NaHS，A．根據(jù)以上分析知，發(fā)生反應的離子方程式為：CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，故錯誤；B．根據(jù)以上分析知，發(fā)生反應的離子方程式為：CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，故正確；C．根據(jù)物料守恒得c（Na+）=2[c（H2S）+c（HS-）+c（S2-）]，故正確；D．根據(jù)電荷守恒得c（Na+）+c（H+）=2c（CO32-）+2c（S2-）+c（OH-）+c（HS-）+c（HCO3），故錯誤；E．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-，所以離子濃度大小順序是c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（HS-）＞c（OH-），故正確；故答案為BCE。