Question

12．二甲醚（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，具有很好的发展前景．
（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃烧热（△H）分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0kJ/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：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.5kJ•mol^-1．
（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O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是B．
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4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺．
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⁺）=4.0×10^-11mol/L．
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BCE
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

分析 （1）根据盖斯定律进行计算；
（2）①燃料电池中，正极上氧化剂得电子发生还原反应；熔融碳酸盐性质要稳定，高温时不能分解；
②铁作阳极，阳极上生成Fe²⁺，阴极附近生成氢氧根离子，氢氧根离子和Fe²⁺子生成Fe（OH）₂沉淀，Fe（OH）₂不稳定，易被氧化生成Fe（OH）₃；
③c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$；
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）=$\frac{0.24mol}{12}$=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^-，再结合电荷守恒和物料守恒解答．

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.5kJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol
③CH₃OCH₃（g）+3O₂=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1460.0kJ/mol
用水煤气成分按1：1合成二甲醚，
将方程式3①+3②-③得：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=3（-285.5kJ/mol）+3（-283kJ/mol）-（-1460.0kJ/mol）=-245.5kJ/mol，
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.5kJ•mol^-1；
（2）①燃料电池中，正极上氧化剂氧气得电子和二氧化碳发生还原反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；熔融碳酸盐性质要稳定，高温时不能分解生成其它物质，
A．MgCO₃高温下分解生成氧化镁和二氧化碳而得不到碳酸根离子，故错误；   
B．Na₂CO₃性质较稳定，熔融状态下只发生电离而不发生分解反应，故正确；  
C．NaHCO₃性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，故错误；
D．（NH₄）CO₃性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，故错误；
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；B；
②阳极上Fe失电子生成亚铁离子，阴极上生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，被氧气氧化生成氢氧化铁，离子反应方程式为：4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺；
③c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-11 mol/L，
故答案为：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）=$\frac{0.12mol}{12}$=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、NaHS，
A．根据以上分析知，发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2-+H₂O═HCO₃^-+HS^-，故错误；
B．根据以上分析知，发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2-+H₂O═HCO₃^-+HS^-，故正确；
C．根据物料守恒得c（Na⁺）=2[c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）]，故正确；
D．根据电荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（S^2-）+c（OH^-）+c（HS^-）+c（HCO₃^-），故错误；
E．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^-，所以离子浓度大小顺序是c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-），故正确；
故答案为：BCE．

点评 本题考查较综合，涉及了盖斯定律、原电池原理、离子浓度大小比较等知识点，题目难度中等，明确燃烧热的内涵、原电池原理内涵、盐类水解与弱电解质电离关系即可解答，这些知识点都是高考热点，常常以综合题大题出现，涵盖了化学反应原理所有知识，利用教材基础知识采用知识迁移的方法进行解答．