Question

15．二甲醚是一种重要的清洁燃料．合成二甲醚是解决能源危机的研究方向之一．
（1）用CO₂和H₂可以合成二甲醚（CH₃OCH₃）
已知：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.1kJ/mol
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-24.5kJ/mol
则反应2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5kJ•mol^-1．
（2）二甲醚（CH₃OCH₃）燃料电池可以提升能量利用率．利用二甲醚酸性介质燃料电池电解200mL饱和食盐水（惰性电极），电解一段时间后，阴极收集到标况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）
①二甲醚燃料电池的正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，负极反应式为CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．
②请写出电解食盐水的化学方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．
③电解后溶液的PH=14，理论上消耗二甲醚的质量为0.8g（保留一位小数）．

Answer 1

分析 （1）首先写出反应的化学方程式，即2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），然后利用盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）①原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，酸性条件下生成二氧化碳碳，正极是氧气得到电子在酸性溶液中生成水，结合电荷守恒和原子守恒书写电极反应；
②电极饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢气；
③根据电解氯化钠溶液的电解方程式来求溶液的pH，结合电极反应和电子守恒计算消耗二甲醚的质量．

解答 解：（1）利用盖斯定律进行计算，将三个方程式进行形式变换，
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.1kJ/mol
③2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-24.5kJ/mol
盖斯定律计算①×2-2×②+③得到：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5 kJ•mol^-1
故答案：-122.5 kJ•mol^-1；
（2）①正极上是氧气得到电子发生还原反应，在酸性溶液中生成生成水，电极反应为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，酸性条件下生成二氧化碳，电极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
②电极饱和食盐水阳极氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，同时溶液中生成氢氧化钠，反应的化学方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，
故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
③由方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
                           2         22.4
                           0.2mol     2.24L
 由题可知：之后反应为直接电解水，溶液pH值不改变，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\frac{0.2mol}{0.2L}}$=10^-14，所以pH=14，
电解过程中电子转移总数为0.2mol，结合电极反应和电子守恒计算CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，消耗甲醚物质的量=$\frac{0.2}{12}$mol，
质量=$\frac{0.2}{12}$mol×46g/mol=0.8g，
故答案为：14；0.8 g；

点评 本题考查用盖斯定律进行有关反应热的计算、盐类水解的应用、原电池和电解池原理的应用等知识，掌握电极反应书写和电子守恒的计算是解题的关键，题目难度中等．