Question

二甲醚（CH₃OCH₃，沸點為-24.9℃）被稱為21世紀的新型能源。科學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=" -285.8" kJ·mol^-1。寫出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的熱化學方程式：                  ；
（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反應的化學方程式                          ；
（3）一定條件下用CO₂和H₂合成二甲醚，反應物氣流量對CO₂的轉化率、二甲醚的選擇性（是指轉化生成二甲醚的碳占已轉化碳的比例）影響結果如圖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的物質的量為            ；

圖1                                      圖2
（4）圖2為二甲醚燃料電池示意圖。
①a電極的電極反應式為                           ；
②若以1.12 L·min^-l（標準狀況）的速率向該電池中通入二甲醚，用該電池電解50mL2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通電0.50 min后，計算理論上可析出金屬銅的質量為        。

Answer 1

（1）
（2）
（3）20mol    
（4）① CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺ 
② 6.4g （每空2分）

解析試題分析：（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）+1/2O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1，依據蓋斯定律②×6-①得到：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ?mol?¹，寫出以CO₂、H₂合成CH₃OCH₃的熱化學方程式為：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-259.8kJ?mol?¹。
（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合氫離子，使溶液中的氫氧根離子濃度增大，結合二氧化碳生成碳酸鹽，反應的化學方程式為：2HOCH₂CH₂NH₂+H₂O+CO₂?（HOCH₂CH₂NH₃）₂CO₃。
（3）生產0.3mol二甲醚，理論上應生成二甲醚物質的量0.3mol÷5%=6mol，反應的反應的CO₂的物質的量為12mol，實際通入的CO₂的物質的量為12mol÷60%=20mol。
（4）①反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，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電極的電極反應式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺。
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，通入二甲醚物質的量=1.12L/min×0.50min÷22.4L/mol
=0.025mol；依據電極反應電子守恒，CH₃OCH₃～12e^-,n（e?）=0.025mol×12=0.3mol， 50mL2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，Cu²⁺共0.05mol×2mol?L?¹=0.1mol，Cu²⁺完全反應，所以m（Cu）=0.1mol×64g/mol=6.4g
考點：本題考查熱化學方程式的書寫、電極方程式的書寫及相關計算。