Question

【題目】二甲醚是一種重要的清潔燃料。合成二甲醚是解決能源危機的研究方向之一。

(1)用CO2和H2可以合成二甲醚(CH3OCH3)。

已知：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH1=－90.1 kJ·mol－1

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH2=－41.1 kJ·mol－1

2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=－24.5 kJ·mol－1

則反應2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=________。

(2)二甲醚(CH3OCH3)燃料電池可以提升能量利用率。利用二甲醚酸性介質燃料電池電解200 mL飽和食鹽水(惰性電極)，一段時間后，陰極收集到標況下的氫氣2.24 L(設電解后溶液體積不變)。

①二甲醚燃料電池的正極反應式為：___________，負極反應式為：_____________。

②請寫出電解食鹽水的化學方程式：____________________。

③電解后溶液的c(OH－)=________，理論上消耗二甲醚的質量為________(保留一位小數)。

Answer 1

【答案】－122.5 kJ·mol－1 3O2＋12H＋＋12e－=6H2O CH3OCH3＋3H2O-12e－=2CO2＋12H＋ 2NaCl+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑ 1 mol·L－1 0.8 g

【解析】

(1)首先寫出反應的化學方程式，然后利用蓋斯定律計算所需熱化學方程式；

(2)①原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，酸性條件下生成二氧化碳碳，正極是氧氣得到電子在酸性溶液中生成水，結合電荷守恒和原子守恒書寫電極反應；

②電極飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣；

③根據電解氯化鈉溶液的電解方程式來計算溶液中的OH-的物質的量，然后根據物質的量濃度與物質的量關系式計算溶液中c(OH-)，結合電極反應和電子守恒計算消耗二甲醚的質量。

(1)利用蓋斯定律進行計算，將三個方程式進行形式變換。

①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH1=－90.1 kJ·mol－1

②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) ΔH2=－41.1 kJ·mol－1

③2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=－24.5 kJ·mol－1

根據蓋斯定律，①×2-2×②+③整理可得：2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=-122.5 kJmol-1；

(2)①正極上是氧氣得到電子發生還原反應，在酸性溶液中生成生成水，電極反應為：O2+4e-+4H+=2H2O，也可寫為：3O2+12H＋+12e－=6H2O；在負極上二甲醚失去電子發生氧化反應，酸性條件下生成二氧化碳，電極反應式為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

②電極飽和食鹽水陽極氯離子失電子發生氧化反應生成氯氣，陰極氫離子得到電子發生還原反應生成氫氣，同時溶液中生成氫氧化鈉，反應的化學方程式為：2NaCl+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑；

③由方程式：2NaCl+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑可知：之后反應為直接電解水，n(H2)==0.1mol，則根據方程式可知n(NaOH)=2n(H2)=0.2mol，由于溶液的體積是0.2L，所以c(NaOH)=0.2mol÷0.2L=1mol/L；

電解過程中電子轉移總數為0.2mol，結合電極反應和電子守恒計算CH3OCH3＋3H2O-12e－=2CO2＋12H＋，消耗甲醚物質的量n(CH3OCH3)=mol，其質量為m(CH3OCH3)=mol×46g/mol=0.8g。