Question

11．甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能，甲醚是一種無色氣體，具有輕微的醚香味，其燃燒熱為1455kJ/mol，甲醚可作燃料電池的燃料．
（1）寫出甲醚燃燒的熱化學方程式CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
已知H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；計算反應(yīng)
4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₃OCH₃（g）的反應(yīng)熱為△H=-378.8kJ/mol；
（2）工業(yè)上利用H₂和CO₂合成二甲醚的反應(yīng)如下：6H₂（g）+2CO₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
①一定溫度下，在一個固定體積的密閉容器中進行該反應(yīng)．下列能判斷反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的是ad（選填編號，注意大小寫）
a．c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變 b．單位時間內(nèi)有2mol H₂消耗時有1mol H₂O生成
c．容器中氣體密度不再改變          d．容器中氣體壓強不再改變
②溫度升高，該化學平衡移動后到達新的平衡，CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變�。ㄌ睢白兇蟆薄ⅰ白冃　被颉安蛔儭�，下同），混合氣體的平均式量將變��；
（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池．該電池的負極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
當燃料電池消耗2.8LO₂（標準狀況下）時，計算此時：NaCl溶液的pH=14（假設(shè)溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)燃燒熱概念含義是1mol甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量為燃燒熱，結(jié)合書寫方法寫出熱化學方程式；依據(jù)燃燒熱寫出熱化學方程式，結(jié)合蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式和對應(yīng)焓變；
（2）反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進行判斷．根據(jù)反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，據(jù)此判斷CH₃OCH₃的產(chǎn)率和混合氣體的平均式量M=$\frac{m}{n}$；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應(yīng)比直接燃燒能量轉(zhuǎn)化率高；惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；依據(jù)原電池和電解池中存在的電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)計算溶液PH．

解答 解：（1）甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol，則燃燒方式的熱化學方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；熱化學方程式為：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol；
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol；
③CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律計算①×3+②×2-③得到反應(yīng)熱化學方程式為：2C（s）+3H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CH₂OCH₃（g）△H=-169.4kJ/mol；
則4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₂OCH₃（g）△H=-378.8kJ/mol；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；△H=-378.8kJ/mol；
（2）①a、在反應(yīng)達平衡前，c（H₂）與c（H₂O）的比值在變小，故當c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變時，反應(yīng)達平衡，故a選；
b、單位時間內(nèi)有2mol H₂消耗時一定會有1mol H₂O生成，故不能作為平衡的標志，故b不選；
c、本反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在反應(yīng)過程中氣體的質(zhì)量一直不變，而又是恒容的容器，即氣體體積不變，故氣體密度ρ=$\frac{m}{V}$一直不變，故密度不變不能作為平衡的標志，故c不選；
d、此反應(yīng)是個氣體的物質(zhì)的量有改變的反應(yīng)，即在平衡之前，容器中氣體的物質(zhì)的量和壓強在變化，故當壓強不變時，說明反應(yīng)達平衡，故d選．
故選ad；
②反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，故CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變��；本反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在反應(yīng)過程中氣體的質(zhì)量m一直不變，而升溫后平衡左移，氣體的物質(zhì)的量變大，故混合氣體的平均式量M=$\frac{m}{n}$變小，故答案為：變��；變小；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；電解池中當燃料電池消耗2.8LO₂（標準狀況下）物質(zhì)的量=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉(zhuǎn)移為0.5mol，電解池中 陽極電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，依據(jù)電子守恒溶液中減少氫氧根離子物質(zhì)的量和增加的氫離子物質(zhì)的量守恒，則溶液中氫離子濃度=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，此時NaCl溶液的pH=14；
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；14．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫方法和燃燒熱概念，蓋斯定律的計算應(yīng)用，原電池反應(yīng)、電解池反應(yīng)原理的應(yīng)用判斷，掌握實質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．