Question

二甲醚（CH₃OCH₃，沸點為-24.9℃）被稱為21世紀的新型能源．科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣與從煙道氣中分離出的CO₂在催化劑作用下合成二甲醚，并開發(fā)出直接以二甲醚為燃料的燃料電池．其合成流程如下：

（1）已知：CH₃OCH₃（g）、H₂（g）的標準燃燒熱分別為：△H=-1455.0kJ?mol^-1、△H=-285.8kJ?mol^-1．寫出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的熱化學(xué)方程式：

 

．
（2）15～20%的乙醇胺．（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，上述合成線路中用作CO₂吸收劑．寫出吸收CO₂反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（3）一定條件下用CO₂和H₂合成二甲醚，反應(yīng)物氣流量對CO₂的轉(zhuǎn)化率、二甲醚的選擇性（是指轉(zhuǎn)化生成二甲醚的碳占已轉(zhuǎn)化碳的比例）影響結(jié)果如圖1所示，當控制氣流量為28mL?min^-1時，則生成0.3mol二甲醚需要通入CO₂的物質(zhì)的量為

 

．
（4）圖2為二甲醚燃料電池示意圖．

①b電極為

 

，a電極的電極反應(yīng)式為

 

．  
該燃料電池的最大障礙是氧化反應(yīng)不完全而產(chǎn)生

 

（填物質(zhì)名稱）而導(dǎo)致通入電極的氣體通道堵塞．
②若以1.12L?min^-1（標準狀況）的速率向該電池中通入二甲醚，用該電池電解500mL 2mol?L^-1 CuSO₄溶液，通電0.50min后，計算理論上可析出金屬銅的質(zhì)量（寫出解題過程）．

Answer 1

分析：（1）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合成甲醚的熱化學(xué)方程式；
（2）氨基結(jié)合水電離平衡中的氫離子，促進水電離平衡正向進行，氫氧根離子濃度增大，溶液顯堿性；
（3）先根據(jù)二甲醚的選擇性求出理論上生成的二甲醚，然后根據(jù)物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比求出反應(yīng)的CO₂的物質(zhì)的量，最后根據(jù)CO₂的轉(zhuǎn)化率求出實際通入的CO₂；
（4）①反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子；該燃料電池的最大障礙是氧化反應(yīng)不完全而產(chǎn)生碳堵塞通入電極的氣體通道；
②依據(jù)二甲醚通入的量計算物質(zhì)的量，結(jié)合電子守恒計算析出銅的質(zhì)量；

解答：解：（1）已知：CH₃0CH₃（g）、H₂（g）的標準燃燒熱分別為：△H=-1455．OkJ?mol^-1、△H=-285.8kJ?mol^-1，
①CH₃0CH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455.0kJ?mol^-1；
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律②×6-①得到：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ/mol
寫出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的熱化學(xué)方程式為：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ/mol，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ/mol；
（2）15～20%的乙醇胺．（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，上述合成線路中用作C0₂吸收劑，乙醇胺水溶液呈弱堿性是取代基氨基結(jié)合氫離子，使溶液中的氫氧根離子濃度增大，結(jié)合二氧化碳生成碳酸鹽，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂?（HOCH₂CH₂NH₃）₂CO₃；
故答案為：2HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂?（HOCH₂CH₂NH₃）₂CO₃；
（3）生產(chǎn)0.3mol二甲醚，理論上應(yīng)生成二甲醚物質(zhì)的量

0.3mol

5%

=6mol，反應(yīng)的反應(yīng)的CO₂的物質(zhì)的量為12mol，實際通入的CO₂的物質(zhì)的量為

12mol

60%

=20mol，
故答案為：20mol； 
（4）①反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，b為正極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；該燃料電池的最大障礙是氧化反應(yīng)不完全而產(chǎn)生碳堵塞通入電極的氣體通道；
故答案為：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺；炭；
②若以1.12L?min^-1（標準狀況）的速率向該電池中通入二甲醚，用該電池電解500mL 2mol?L^-1 CuS0₄溶液，通電0.50min后，通入二甲醚物質(zhì)的量=

1.12L/min×0.50min

22.4L/mol

=0.025mol；依據(jù)電極反應(yīng)電子守恒，CH₃OCH₃--12e^---6Cu²⁺
n（Cu²⁺）=0.025mol×6=0.15mol
m（Cu）=0.15mol×64g/mol=9.6g
答：理論上可析出金屬銅的質(zhì)量9.6g；

點評：本題考查熱化學(xué)方程式書寫，燃燒熱概念，流程分析，圖象分析應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)的書寫方法，電子守恒的計算應(yīng)用，題目難度中等．