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) △H1=-90.1kJ/mol

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H2=-41.1kJ/mol

2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5kJ/mol

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

（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200mL飽和食鹽水(惰性電極)，電解一段時間后，陰極收集到標況下的氫氣2.24L(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pH=_________，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 O2＋4e－＋4H＋=2H2O CH3OCH3 -12e-+3H2O=2CO2+12H+ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 14 0.8 g

【解析】

（1）根據題意可知熱化學方程式： ①CO(g)+ H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol；②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H2=-41.1kJ/mol；③2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5kJ/mol，利用蓋斯定律進行計算，將三個方程式①×2+②×2+③進行疊加，可得熱化學方程式：2CO2(g)+6H2(g)= CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-122.5kJmol-1；

（2）①原電池中正極發生還原反應，氧氣在正極獲得電子，由于溶液顯酸性，所以反應產生水，正極的電極反應式是O2＋4e－＋4H＋=2H2O；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；電極反應式為：CH3OCH3 - 12e-+3H2O = 2CO2+12H+；

②在NaCl溶液中，由于離子放電能力：Cl->OH-，H+>Na+，所以Cl-在陽極放電產生氯氣，氫離子在陰極放電產生氫氣，電解食鹽水的化學方程式是2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；

③電解NaCl溶液一段時間后，陰極收集到標況下的氫氣2.24L，n(H2)=2.24L÷22.4L/mol=0.1mol，根據電解方程式可知反應產生NaOH的物質的量是n(NaOH)=2 n(H2) =0.2mol，則c(NaOH)=0.2mol÷0.2L=1mol/L，所以溶液的pH=14；根據原電池的負極反應式可知：1mol CH3OCH3發生反應轉移電子的物質的量是12mol，反應產生0.2molNaOH，轉移電子的物質的量是0.2mol，則需要CH3OCH3的物質的量是0.2mol÷12=0.17mol，其質量是m(CH3OCH3)=0.17mol×46g/mol=0.8g。