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) △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

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

（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_____________，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pH=_________，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 O2＋4e－＋4H＋=2H2O CH3OCH3 -12e-+3H2O=2CO2+12H+ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 14 0.8 g

【解析】

（1）根据题意可知热化学方程式： 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，利用盖斯定律进行计算，将三个方程式①×2+②×2+③进行叠加，可得热化学方程式：2CO2(g)+6H2(g)= CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-122.5kJmol-1；

（2）①原电池中正极发生还原反应，氧气在正极获得电子，由于溶液显酸性，所以反应产生水，正极的电极反应式是O2＋4e－＋4H＋=2H2O；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+；

②在NaCl溶液中，由于离子放电能力：Cl->OH-，H+>Na+，所以Cl-在阳极放电产生氯气，氢离子在阴极放电产生氢气，电解食盐水的化学方程式是2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；

③电解NaCl溶液一段时间后，阴极收集到标况下的氢气2.24L，n(H2)=2.24L÷22.4L/mol=0.1mol，根据电解方程式可知反应产生NaOH的物质的量是n(NaOH)=2 n(H2) =0.2mol，则c(NaOH)=0.2mol÷0.2L=1mol/L，所以溶液的pH=14；根据原电池的负极反应式可知：1mol CH3OCH3发生反应转移电子的物质的量是12mol，反应产生0.2molNaOH，转移电子的物质的量是0.2mol，则需要CH3OCH3的物质的量是0.2mol÷12=0.17mol，其质量是m(CH3OCH3)=0.17mol×46g/mol=0.8g。