Question

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(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/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：____________。

（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下图所示：

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 __________________；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是 ______。

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____________________ 。

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______

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）3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g) △H＝－245.5kJ·mol－1

（2）① O2+4e-+2CO2=2CO32- ；B ②4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+③4.0×10-11mol/L④B、C、E

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律分析，反应①×3+反应②×3-反应③即可得热化学方程式为：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到电子和二氧化碳发生反应生成碳酸根离子，电极反应为： O2+4e-+2CO2=2CO32-；A、碳酸镁高温下分解生成氧化镁和二氧化碳而得不到碳酸根离子，错误。B、碳酸钠性质较稳定，熔融状态下只能发生电离而不发生分解反应，正确。C、碳酸氢钠性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，错误。D、碳酸铵性质不稳定，易分解得不到碳酸根离子，错误。所以选B。②阳极上铁失去电子生成亚铁离子，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，离子方程式为4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+。③铁离子的浓度

④乙装置中阴极上甲醚失去电子生成二氧化碳，根据CH3OCH3---2CO2---12e-，二氧化碳的物质的量为0.24/12=0.04mol，硫化钠的物质的量为0.2×0.2=0.04mol，根据电离平衡常数分析，发生反应为：CO2+S2-+H2O=HCO3-+HS-，则溶液中的溶质是等物质的量浓度的碳酸氢钠和硫氢化钠。由以上分析可知A错误，B正确。C、根据物料守恒，c(Na+)=2[c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)]，正确。D、根据电荷守恒分析，正确。E、碳酸氢根离子和硫氢根离子都有水解和电离，但成都都叫=较小，钠离子不水解，根据电离平衡常数分析，碳酸氢根离子水解成都小于硫氢根离子，所以浓度关系为：c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)，正确。所以选B、C、E。

考点：常见化学电源的种类及其工作原理，热化学方程式，弱电解质的电离平衡，难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

【名师点睛】电解质溶液中的守恒关系

电荷守恒：电解质溶液中所有阳离子所带有的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等。如NaHCO3溶液中：n(Na＋)＋n(H+)＝n(HCO3-)＋2n(CO32-)＋n(OH-)推出：[Na＋]＋[H＋]＝[HCO3-]＋2[CO32-]＋[OH-]

物料守恒：电解质溶液中由于电离或水解因素，离子会发生变化变成其它离子或分子等，但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。如NaHCO3溶液中：n(Na＋)：n(c)＝1:1，推出：

C (Na＋)＝c (HCO3-)＋c (CO32-)＋c (H2CO3)

质子守恒：(不一定掌握)电解质溶液中分子或离子得到或失去质子（H＋）的物质的量应相等。例如：在NH4HCO3溶液中H3O+、H2CO3为得到质子后的产物；NH3、OH-、CO32-为失去质子后的产物，故有以下关系：c (H3O+)+c (H2CO3)=c (NH3)+c (OH-)+c (CO32-)。