Question

12．二甲醚（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，具有很好的發(fā)展前景．
（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃燒熱（△H）分別為-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0kJ/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：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.5kJ•mol^-1．
（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O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；下列物質可用做電池熔融碳酸鹽的是B．
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4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺．
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⁺）=4.0×10^-11mol/L．
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BCE
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

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律進行計算；
（2）①燃料電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應；熔融碳酸鹽性質要穩(wěn)定，高溫時不能分解；
②鐵作陽極，陽極上生成Fe²⁺，陰極附近生成氫氧根離子，氫氧根離子和Fe²⁺子生成Fe（OH）₂沉淀，F(xiàn)e（OH）₂不穩(wěn)定，易被氧化生成Fe（OH）₃；
③c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$；
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）=$\frac{0.24mol}{12}$=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^-，再結合電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
用水煤氣成分按1：1合成二甲醚，
將方程式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，
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.5kJ•mol^-1；
（2）①燃料電池中，正極上氧化劑氧氣得電子和二氧化碳發(fā)生還原反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；熔融碳酸鹽性質要穩(wěn)定，高溫時不能分解生成其它物質，
A．MgCO₃高溫下分解生成氧化鎂和二氧化碳而得不到碳酸根離子，故錯誤；   
B．Na₂CO₃性質較穩(wěn)定，熔融狀態(tài)下只發(fā)生電離而不發(fā)生分解反應，故正確；  
C．NaHCO₃性質不穩(wěn)定，易分解而得不到碳酸根離子，故錯誤；
D．（NH₄）CO₃性質不穩(wěn)定，易分解而得不到碳酸根離子，故錯誤；
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；B；
②陽極上Fe失電子生成亞鐵離子，陰極上生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，被氧氣氧化生成氫氧化鐵，離子反應方程式為：4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺，
故答案為：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，
故答案為：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）=$\frac{0.12mol}{12}$=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、NaHS，
A．根據(jù)以上分析知，發(fā)生反應的離子方程式為：CO₂+S^2-+H₂O═HCO₃^-+HS^-，故錯誤；
B．根據(jù)以上分析知，發(fā)生反應的離子方程式為：CO₂+S^2-+H₂O═HCO₃^-+HS^-，故正確；
C．根據(jù)物料守恒得c（Na⁺）=2[c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）]，故正確；
D．根據(jù)電荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（S^2-）+c（OH^-）+c（HS^-）+c（HCO₃^-），故錯誤；
E．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^-，所以離子濃度大小順序是c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-），故正確；
故答案為：BCE．

點評 本題考查較綜合，涉及了蓋斯定律、原電池原理、離子濃度大小比較等知識點，題目難度中等，明確燃燒熱的內涵、原電池原理內涵、鹽類水解與弱電解質電離關系即可解答，這些知識點都是高考熱點，常常以綜合題大題出現(xiàn)，涵蓋了化學反應原理所有知識，利用教材基礎知識采用知識遷移的方法進行解答．