Question

【题目】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) 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

则反应2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=________。

(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200 mL饱和食盐水(惰性电极)，一段时间后，阴极收集到标况下的氢气2.24 L(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：___________，负极反应式为：_____________。

②请写出电解食盐水的化学方程式：____________________。

③电解后溶液的c(OH－)=________，理论上消耗二甲醚的质量为________(保留一位小数)。

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)首先写出反应的化学方程式，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计算溶液中的OH-的物质的量，然后根据物质的量浓度与物质的量关系式计算溶液中c(OH-)，结合电极反应和电子守恒计算消耗二甲醚的质量。

(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) 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

根据盖斯定律，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，也可写为：3O2+12H＋+12e－=6H2O；在负极上二甲醚失去电子发生氧化反应，酸性条件下生成二氧化碳，电极反应式为：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+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑；

③由方程式：2NaCl+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑可知：之后反应为直接电解水，n(H2)==0.1mol，则根据方程式可知n(NaOH)=2n(H2)=0.2mol，由于溶液的体积是0.2L，所以c(NaOH)=0.2mol÷0.2L=1mol/L；

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＋3H2O-12e－=2CO2＋12H＋，消耗甲醚物质的量n(CH3OCH3)=mol，其质量为m(CH3OCH3)=mol×46g/mol=0.8g。