Question

二甲醚(CH₃OCH₃)是一種重要的清潔燃料氣，其儲運、燃燒安全性、理論燃燒溫度等性能指標均優(yōu)于液化石油氣，也可用作燃燒電池的燃料，具有很好的好展前景。
（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃燒熱(ΔH)分別為-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，則工業(yè)上利用水煤氣成分按1:1合成二甲醚的熱化學方程式為：           。
（2）工業(yè)上采用電浮遠凝聚法處理污水時，保持污水的pH在5.0，通過電解生成Fe(OH)₃膠體，吸附不溶性雜質，同時利用陰極產生的H₂，將懸浮物帶到水面，利于除去。實驗室以二甲醚燃料電池模擬該方法設計的裝置如下圖所示：

①乙裝置以熔融碳酸鹽為電解質，稀土金屬材料為電極。寫出該燃料電池的正極電極反應式         ；下列物質可用做電池熔融碳酸鹽的是           。
A.MgCO₃       B.Na₂CO₃      C.NaHCO₃     D.(NH₄)₂CO₃
②寫出甲裝置中陽極產物離子生成Fe(OH)₃沉淀的離子方程式                。
③已知常溫下K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，電解一段時間后，甲裝置中c(Fe³⁺)=   。
④已知：H₂S的電離平衡常數(shù)：K₁=9.1×10^-8、K₂=1.1×10^-12；H₂CO₃的電離平衡常數(shù)：K₁=4.31×10^-7、K₂=5.61×10^-11。測得電極上轉移電子為0.24mol時，將乙裝置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中,下列選項正確的是
A．發(fā)生反應的離子方程式為：CO₂+S^2-+H₂O=CO₃^2-+H₂S
B．發(fā)生反應的離子方程式為：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）由蓋斯定律可知，工業(yè)上用水煤氣按1：1合成二甲醚的熱化學方程式是，
2H₂(g)+3CO(g)=CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)  △H＝－246.4 kJ·mol^－1。
（2）①以二甲醚為燃料的電池，二甲醚從負極通入，氧氣從正極通入，正極電極的反應式是O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；NaHCO₃和(NH₄)₂CO₃受熱易分解，所以不能用熔融碳酸鹽電解質。MgCO₃和Na₂CO₃都是離子化合物，離子鍵前者大于后者，熔化需要更從的能量，所以用Na₂CO₃來做熔融鹽電池的電解質。
②在甲裝置中，Al做陰極，F(xiàn)e做陽極，陽極發(fā)生氧化反應，F(xiàn)e-2e^-=Fe²⁺，然后發(fā)生反應，4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe(OH)₃+8H⁺，產生Fe(OH)₃吸附不溶性雜質，從而使水變澄清。
③在常溫下，K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38mol/L ,pH=5.0，c(OH^-)=10^-9mol/L，代入k_sp從而求得c(Fe³⁺)=4.0×10^-11mol/L。
④乙裝置中陰極上甲醚失電子生成二氧化碳，根據(jù)CH₃OCH₃-2CO₂-12e^-計算n（CO₂）=0.04mol，n（Na₂S）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，根據(jù)電離平衡常數(shù)知發(fā)生反應CO₂+S^2-+H₂O═HCO₃^-+HS^-，則溶液中的溶質是等物質的量濃度的NaHCO₃和NaHS。通過以上分析可知A錯誤，B正確；C由物料守恒的正確；D為電荷守恒正確的應是c(Na⁺)+c(H⁺)=2c(CO₃^2-)+2c(S^2-)+c(OH^-)+c(HS^-)+c(HCO₃^-)，故錯誤；E中碳酸氫根離子和硫氫根離子都水解和電離，但程度都較小，鈉離子不水解，根據(jù)電離平衡常數(shù)知，HCO₃^-水解程度小于HS^-，故E正確；