Question

CO₂资源化利用的方法之一是合成二甲醚（CH₃OCH₃）。

（1）CO₂ 催化加氢合成二甲醚的过程中主要发生下列反应：

反应I： CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)  ∆H= + 41.2 kJ·mol⁻¹

反应II：2CO₂(g) + 6H₂(g) CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)  ∆H = －122.5 kJ·mol⁻¹

其中，反应II分以下①、②两步完成，请写出反应①的热化学方程式：①___________

② 2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)    ∆H = －23.5 kJ·mol⁻¹

（2）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点。若电解质为碱性，二甲醚直接燃料电池的负极反应式为____________。以该电池为电源，用惰性电极电解饱和食盐水的化学方程式为________。

（3）反应I产生的CO，有人设想按下列反应除去：2CO(g) ＝ 2C(s) + O₂(g)，已知该反应的∆H＞0，简述该设想能否实现的依据_____________。

（4）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，K_sp（CaCO₃）=2.8×10⁻⁹。 CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为5.6×10⁻⁵mol·L⁻¹，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为________。

Answer

CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) + H2O(g)，∆H =-49.5 kJ·mol−1 CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O 2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ 该反应是焓增、熵减的反应，根据△G=△H-T△S可知△G＞0，不能实现 210-4mol/L

【解析】

（1）由题可知反应II分以下①、②两步完成，根据盖斯定律，将方程式（II-②）得方程式①：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)，∆H=kJ·mol−1=-49.5kJ·mol−1；

（2）若电解质为碱性，氧气在正极发生还原反应，O2+2H2O+4e-=4OH-，二甲醚直接燃料电池的负极反应为二甲醚失电子生成二氧化碳，碱溶液中生成碳酸盐，结合原子守恒和电荷守恒，负极的电极反应式为：CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O；用惰性电极电解饱和食盐水，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化钠，电解的化学方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；

（3）2CO(g)＝2C(s)+O2(g)∆H＞0，该反应是焓增、熵减的反应，根据△G=△H-T△S可知△G＞0，不能实现；

（4）Na2CO3溶液的浓度为5.6×10−5mol·L−1，等体积混合后浓度减小一半变为2.8×10−5mol·L−1，由Ksp(CaCO3)=c(CO32-)c(Ca2+)可知，混合后c(Ca2+)===110-4mol/L，所以所需CaCl2溶液的最小浓度为110-4mol/L2=210-4mol/L。