Question

二甲醚(CH₃OCH₃)是一种重要的清洁燃料气，其储运、燃烧安全性、理论燃烧温度等性能指标均优于液化石油气，也可用作燃烧电池的燃料，具有很好的好展前景。
（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃烧热(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，则工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为：           。
（2）工业上采用电浮远凝聚法处理污水时，保持污水的pH在5.0，通过电解生成Fe(OH)₃胶体，吸附不溶性杂质，同时利用阴极产生的H₂，将悬浮物带到水面，利于除去。实验室以二甲醚燃料电池模拟该方法设计的装置如下图所示：

①乙装置以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极。写出该燃料电池的正极电极反应式         ；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是           。
A.MgCO₃       B.Na₂CO₃      C.NaHCO₃     D.(NH₄)₂CO₃
②写出甲装置中阳极产物离子生成Fe(OH)₃沉淀的离子方程式                。
③已知常温下K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，电解一段时间后，甲装置中c(Fe³⁺)=   。
④已知：H₂S的电离平衡常数：K₁=9.1×10^-8、K₂=1.1×10^-12；H₂CO₃的电离平衡常数：K₁=4.31×10^-7、K₂=5.61×10^-11。测得电极上转移电子为0.24mol时，将乙装置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中,下列选项正确的是
A．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2-+H₂O=CO₃^2-+H₂S
B．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2-+H₂O=HCO₃^-+HS^-
C．c(Na⁺)=2[c(H₂S)+c(HS^-)+c(S^2-)]
D．c(Na⁺)+c(H⁺)=2c(CO₃^2-)+2c(S^2-)+c(OH^-)
E．c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(HS^-)>c(OH^-)

Answer 1

（1）2H₂(g)+3CO(g)=CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)   △H＝－246.4 kJ·mol^－1
（2）① O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-； B   ②4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe(OH)₃+8H⁺
③4.0×10^-11mol/L    ④B、C、E

（1）由盖斯定律可知，工业上用水煤气按1：1合成二甲醚的热化学方程式是，
2H₂(g)+3CO(g)=CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)  △H＝－246.4 kJ·mol^－1。
（2）①以二甲醚为燃料的电池，二甲醚从负极通入，氧气从正极通入，正极电极的反应式是O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；NaHCO₃和(NH₄)₂CO₃受热易分解，所以不能用熔融碳酸盐电解质。MgCO₃和Na₂CO₃都是离子化合物，离子键前者大于后者，熔化需要更从的能量，所以用Na₂CO₃来做熔融盐电池的电解质。
②在甲装置中，Al做阴极，Fe做阳极，阳极发生氧化反应，Fe-2e^-=Fe²⁺，然后发生反应，4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe(OH)₃+8H⁺，产生Fe(OH)₃吸附不溶性杂质，从而使水变澄清。
③在常温下，K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38mol/L ,pH=5.0，c(OH^-)=10^-9mol/L，代入k_sp从而求得c(Fe³⁺)=4.0×10^-11mol/L。
④乙装置中阴极上甲醚失电子生成二氧化碳，根据CH₃OCH₃-2CO₂-12e^-计算n（CO₂）=0.04mol，n（Na₂S）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，根据电离平衡常数知发生反应CO₂+S^2-+H₂O═HCO₃^-+HS^-，则溶液中的溶质是等物质的量浓度的NaHCO₃和NaHS。通过以上分析可知A错误，B正确；C由物料守恒的正确；D为电荷守恒正确的应是c(Na⁺)+c(H⁺)=2c(CO₃^2-)+2c(S^2-)+c(OH^-)+c(HS^-)+c(HCO₃^-)，故错误；E中碳酸氢根离子和硫氢根离子都水解和电离，但程度都较小，钠离子不水解，根据电离平衡常数知，HCO₃^-水解程度小于HS^-，故E正确；