Question

二甲醚（CH₃OCH₃，沸点为-24.9℃）被称为21世纪的新型能源。科学家利用太阳能分解水生成的氢气与从烟道气中分离出的CO₂在催化剂作用下合成二甲醚，并开发出直接以二甲醚为燃料的燃料电池。其合成流程如下：

（1）已知：CH₃OCH₃(g)、H₂(g)的标准燃烧热分别为：△H= -1455.0kJ·mol^-1、△H= -285.8 kJ·mol^-1。写出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的热化学方程式：                   ；

（2）15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO₂吸收剂。写出吸收CO₂反应的化学方程式                           ；

（3）一定条件下用CO₂和H₂合成二甲醚，反应物气流量对CO₂的转化率、二甲醚的选择性（是指转化生成二甲醚的碳占已转化碳的比例）影响结果如图1所示，当控制气流量为28mL· min^-1时，则生成0.3mol二甲醚需要通入CO₂的物质的量为             ；

图1                                       图2

（4）图2为二甲醚燃料电池示意图。

①a电极的电极反应式为                            ；

②若以1.12 L·min^-l（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解50mL2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，计算理论上可析出金属铜的质量为         。

Answer

（1）

（2）

（3）20mol    

（4）① CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+ 

② 6.4g （每空2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：CH30CH3（g）、H2（g）的标准燃烧热分别为：△H=-1455．OkJ•mol-1、△H=-285.8kJ•mol-1，①CH30CH3（g）+3O2（g）═2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1455.0kJ•mol-1；

②H2（g）+1/2O2（g）═H2O（l）△H=-285.8kJ•mol-1，依据盖斯定律②×6-①得到：

2CO2（g）+6H2（g）⇌CH3OCH3（g）+3H2O（l）△H=-259.8kJ•mol‾1，写出以CO2、H2合成CH3OCH3的热化学方程式为：2CO2（g）+6H2（g）⇌CH3OCH3（g）+3H2O（l）△H=-259.8kJ•mol‾1。

（2）15～20%的乙醇胺．（HOCH2CH2NH2）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作C02吸收剂，乙醇胺水溶液呈弱碱性是取代基氨基结合氢离子，使溶液中的氢氧根离子浓度增大，结合二氧化碳生成碳酸盐，反应的化学方程式为：2HOCH2CH2NH2+H2O+CO2⇌（HOCH2CH2NH3）2CO3。

（3）生产0.3mol二甲醚，理论上应生成二甲醚物质的量0.3mol÷5%=6mol，反应的反应的CO2的物质的量为12mol，实际通入的CO2的物质的量为12mol÷60%=20mol。

（4）①反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，b为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O═2CO2+12H+。

②若以1.12L•min-1（标准状况）的速率向该电池中通入二甲醚，用该电池电解500mL 2mol•L-1 CuS04溶液，通电0.50min后，通入二甲醚物质的量=1.12L/min×0.50min÷22.4L/mol

=0.025mol；依据电极反应电子守恒，CH3OCH3～12e-,n（e‾）=0.025mol×12=0.3mol，  50mL2 mol·L-1 CuSO4溶液，Cu2+共0.05mol×2mol•L‾1=0.1mol，Cu2+完全反应，所以m（Cu）=0.1mol×64g/mol=6.4g

考点：本题考查热化学方程式的书写、电极方程式的书写及相关计算。