Question

【題目】甲醚(CH3OCH3)被稱為21世紀的新型燃料，它清潔、高效、具有優良的環保性能，甲醚是一種無色氣體，具有輕微的醚香味,其燃燒熱為1455 kJ·mol-1，甲醚可作燃料電池的燃料。

(1) 寫出甲醚燃燒的熱化學方程式 ；已知H2(g)和C(s)的燃燒熱分別是285.8 kJ·mol-1、393.5 kJ·mol-1；計算反應4C(s)+ 6H2(g)+ O2(g)== 2CH3OCH3(g)的反應熱為 ；

(2)工業上利用H2和CO2合成二甲醚的反應如下：6H2(g)+ 2CO2(g)CH3OCH3(g)+ 3H2O(g) △H＜0

①一定溫度下，在一個固定體積的密閉容器中進行該反應。下列能判斷反應達到化學平衡狀態的是 (選填編號，注意大小寫)

a．c(H2)與c(H2O)的比值保持不變

b．單位時間內有2mol H2消耗時，有1mol H2O生成

c．容器中氣體密度不再改變

d．容器中氣體壓強不再改變

②溫度升高，該化學平衡移動后，達到新的平衡，CH3OCH3的產率將 (填“變大”、“變小”或“不變”)。

(3)以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池。該電池的負極反應式的其中一個產物是CO32-，請寫出該反應的負極反應式 ；

(4)用(3)中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500 mL NaCl溶液，裝置如圖所示：

請寫出電解過程中Y電極附近觀察到的現象是 ；當燃料電池消耗2.8 LO2(標準狀況下)時，計算此時：NaCl溶液的pH= (假設溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出)。

Answer 1

【答案】

(1)CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) △H= —1455kJ/mol；—378.8kJ/mol

(2)①a d；②變小；

(3)CH3OCH3 +16OH－—12e- ＝ 2CO32- +11H2O

(4)Y電極附近溶液中有氣體產生，上部分呈黃綠色；14；

【解析】

試題分析：(1)甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol，則燃燒方式的熱化學方程式為：CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H1=-1455kJ/mol；H2(g)和C(s)的燃燒熱分別是285.8kJmol-1、393.5kJmol-1；熱化學方程式①H2(g) + O2(g) = H2O(l)△H = -285.8KJ/mol；②C(s) + O2(g) = CO2(g)△H = -393.5KJ/mol；③CH3OCH3(g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(l)△H1 = -1455kJ/mol；依據蓋斯定律計算①×3 + ②×2-③得到反應熱化學方程式為：2C(s) + 3H2(g) + O2(g)═CH2OCH3(g)：△H = -169.4kJ/mol；4C(s) + 6H2(g) + O2(g)═2CH2OCH3(g)：△H = -338.8kJ/mol；故答案為：CH3OCH3(g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(l)△H1 = -1455kJ/mol；△H = -378.8kJ/mol；

(2)①a、在反應達平衡前，c(H2)與c(H2O)的比值在變小，故當c(H2)與c(H2O)的比值保持不變時，反應達平衡，故a選；b、單位時間內有2mol H2消耗時一定會有1mol H2O生成，故不能作為平衡的標志，故b不選；c、本反應的反應物和生成物全是氣體，根據質量守恒可知，在反應過程中氣體的質量一直不變，而又是恒容的容器，即氣體體積不變，故氣體密度ρ=一直不變，故密度不變不能作為平衡的標志，故c不選；d、此反應是個氣體的物質的量有改變的反應，即在平衡之前，容器中氣體的物質的量和壓強在變化，故當壓強不變時，說明反應達平衡，故d選；故選ad；

②反應放熱，故升高溫度，平衡左移，故CH3OCH3的產率將變小，故答案為：變��；

(3)原電池負極發生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O；故答案為：CH3OCH3+16OH-12e-=2CO2-3+11H2O，

(4)電解池中Y電極為陽極，溶液中氯離子失電子發生氧化反應生成氯氣，現象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；當燃料電池消耗2.8LO2(標準狀況下)物質的量==0.125mol，電極反應為O2+2H2O+4e-=4OH-，電子轉移為0.5mol，電解池中 陽極電極反應為4OH--4e-=2H2O+O2↑，依據電子守恒溶液中減少氫氧根離子物質的量和增加的氫離子物質的量守恒，則溶液中氫離子濃度==1mol/L，此時NaCl溶液的pH=14；故答案為：Y電極附近溶液中有氣體產生，上部分呈黃綠色；14。