Question

12．甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21試劑的新型燃料，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)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1455kJ/mol，甲醚可作燃料電池的燃料．
（1）寫出甲醚燃燒的熱化學(xué)方程式CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；已知H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ/mol、393.5kJ/mol；計算反應(yīng)4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₃OCH₃（g）的△H=-378.8kJ/mol．
（2）工業(yè)上利用H₂和CO₂合成二甲醚的反應(yīng)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(jìn)行該反應(yīng)，下列能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是AD（選填編號）．
A．c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變          B．單位時間內(nèi)有2molH₂消耗時有1molH₂O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(xué)平衡移動后到達(dá)新的平衡，CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變小（填“變大”、“變小”或“不變”，下同），混合氣體的平均式量將變�。�
（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池．該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O．
（4）常溫下，用（3）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的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(xiàn)象Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；當(dāng)檀料電池消耗0，.28LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時，計算此時：NaCl溶液的pH=14（假設(shè)溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)燃燒熱概念含義是1mol甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量為燃燒熱，結(jié)合書寫方法寫出熱化學(xué)方程式；
依據(jù)燃燒熱寫出熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式和對應(yīng)焓變；
（2）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進(jìn)行判斷．
②根據(jù)反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，據(jù)此判斷CH₃OCH₃的產(chǎn)率和混合氣體的平均式量M=$\frac{m}{n}$；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應(yīng)比直接燃燒能量轉(zhuǎn)化率高；
（4）惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；依據(jù)原電池和電解池中存在的電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)計算溶液PH．

解答 解：（1）甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol，則燃燒方式的熱化學(xué)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285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；熱化學(xué)方程式：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$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(jù)蓋斯定律計算①×3+②×2-③得到反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：2C（s）+3H₂（g）+$\frac{1}{2}$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(yīng)達(dá)平衡前，c（H₂）與c（H₂O）的比值在變小，故當(dāng)c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變時，反應(yīng)達(dá)平衡，故A選；
B、單位時間內(nèi)有2mol H₂消耗時一定會有1mol H₂O生成，故不能作為平衡的標(biāo)志，故B不選；
C、本反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在反應(yīng)過程中氣體的質(zhì)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=$\frac{m}{n}$一直不變，故密度不變不能作為平衡的標(biāo)志，故C不選；
D、此反應(yīng)是個氣體的物質(zhì)的量有改變的反應(yīng)，即在平衡之前，容器中氣體的物質(zhì)的量和壓強在變化，故當(dāng)壓強不變時，說明反應(yīng)達(dá)平衡，故D選．
故選AD；
②反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，故CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變��；本反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在反應(yīng)過程中氣體的質(zhì)量m一直不變，而升溫后平衡左移，氣體的物質(zhì)的量變大，故混合氣體的平均式量M=$\frac{m}{n}$變小，故答案為：變��；變��；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；故答案為：CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O；
（4）電解池中Y電極為陽極，溶液中氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，現(xiàn)象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；
當(dāng)燃料電池消耗2.8LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）物質(zhì)的量=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉(zhuǎn)移為0.5mol，電解池中 陽極電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，依據(jù)電子守恒溶液中減少氫氧根離子物質(zhì)的量和增加的氫離子物質(zhì)的量守恒，則溶液中氫離子濃度=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=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(chǎn)生，上部分呈黃綠色；14．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫方法和燃燒熱概念，蓋斯定律的計算應(yīng)用，原電池反應(yīng)、電解池反應(yīng)原理的應(yīng)用判斷，掌握實質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．