二甲醚（CH3OCH4）是一种重要的清洁燃料，工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：①2H2（g）+CO（g）⇌CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1②2CH3OH（g）⇌CH3OCH（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ•mol-1③CO（g

Question

二甲醚（CH₃OCH₄）是一种重要的清洁燃料，工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）⇌CO2（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
请回答下列问题：

（1）利用水煤气合成二甲醚的热化学反应方程式为___；
（2）以二甲醚为燃料，硫酸为电解质溶液可制成二甲醚燃料电池．该电池负极的电极反应为
___；
（3）已知某二甲醚燃料电池的总反应为
CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）+4OH^-（ag）=2CO^2-₃（aq）+5H₂O（l）△H=-akJ•mol^-1
该电池工作一段时间后，生成1mol液态水时释放bkJ电能，则电池的能量转化率为___；
（4）用上述燃料电池电解NaHSO₃溶液（惰性电极）的装置如图所示．
①阴极的电极反应为___；
②阳极区放出气体的成分为___（填化学式）．

Answer 1

（1）①2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1；
（2）该燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺；
（3）生成1mol液态水，理论上放出的能量为(a)/(5)KJ，电池的能量转化率=(实际产生能量)/(理论产生能量)×100%=(b)/((a)/(5))×100%=(500b)/(a)%，故答案为：(500b)/(a)%；
（4）①正一价的氢发还原反应生成氢气，又阴极发生还原反应，电极反应为2HSO₃^-+2e^-=H₂↑+2SO₃^2-，故答案为：2HSO₃^-+2e^-=H₂↑+2SO₃^2-；
②阳极周围是水电离出的氢氧根离子放电，生成氧气，产生的氢离子与移过来和亚硫酸根离子反应产生二氧化硫气体，故答案为：O₂和SO₂．