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-1460.0kJ/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 Ksp[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

2H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g) △H＝－246.4 kJ·mol－1 O2+4e-+2CO2=2CO32- B 4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+ 4.0×10-11mol/L B、C、E

【解析】

（1）①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.5kJ/mol，②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283kJ/mol，③CH3OCH3（g）+3O2=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1460.0kJ/mol

用水煤气成分按1：1合成二甲醚，将方程式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电子和二氧化碳发生还原反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-；熔融碳酸盐性质要稳定，高温时不能分解生成其它物质，A．MgCO3高温下分解生成氧化镁和二氧化碳而得不到碳酸根离子，故错误；  B．Na2CO3性质较稳定，熔融状态下只发生电离而不发生分解反应，故正确； C．NaHCO3性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，故错误；D．（NH4）CO3性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，故错误；故答案为O2+4e-+2CO2=2CO32-；B；

②阳极上Fe失电子生成亚铁离子，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，离子反应方程式为：4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+，故答案为4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+；

③c（Fe3+）= =mol/L=4.0×10-11 mol/L，故答案为4.0×10-11mol/L；

④乙装置中阴极上甲醚失电子生成二氧化碳，根据CH3OCH3---2CO2---12e-计算n（CO2）= =0.04mol，n（Na2S）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，根据电离平衡常数知发生反应CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，则溶液中的溶质是等物质的量浓度的NaHCO3、NaHS，A．根据以上分析知，发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，故错误；B．根据以上分析知，发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，故正确；C．根据物料守恒得c（Na+）=2[c（H2S）+c（HS-）+c（S2-）]，故正确；D．根据电荷守恒得c（Na+）+c（H+）=2c（CO32-）+2c（S2-）+c（OH-）+c（HS-）+c（HCO3-），故错误；E．碳酸氢根离子和硫氢根离子都水解和电离，但程度都较小，钠离子不水解，根据电离平衡常数知，HCO3-水解程度小于HS-，所以离子浓度大小顺序是c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（HS-）＞c（OH-），故正确；故答案为BCE。