Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。在催化劑的作用下，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

Ⅰ．CO+2H2CH3OH

Ⅱ．CO2+3H2CH3OH+H2O

Ⅲ．CO2+H2CO+H2O

請回答下列問題：

（1）已知三種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱如下表：

物質(zhì)	CO(g)	H2(g)	CH3OH(l)
燃燒熱(kJ·mol1)	283.0	285.8	726.51

①書寫25℃、101kPa條件時CO燃燒熱的熱化學(xué)方程式______________________。

②計(jì)算25℃、101kPa條件時反應(yīng)Ⅰ的ΔH=_____kJ·mol1 。

（2）甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell）屬于質(zhì)子交換膜燃料電池，其工作原理如圖所示：

①c處產(chǎn)生的氣體是________。

②負(fù)極的電極反應(yīng)式是____________。

（3）下圖是甲醇燃料電池工作示意圖，其中A，B，D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時A，B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。

①乙中B極的電極反應(yīng)式_______。

②乙中A極析出的氣體在標(biāo)況下的體積________。

③丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖，則②線表示的是____的變化，反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要____mL 5mol/LNaOH溶液。

Answer 1

【答案】CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 -128.09 CO2 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ Cu2+ +2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 2.24L Fe2+ 280ml

【解析】

判斷燃料電池的電極產(chǎn)物及書寫電極反應(yīng)式時，解題的切入點(diǎn)是H+的遷移方向，由H+的遷移方向，結(jié)合電極反應(yīng)式，可確定電池的正、負(fù)極，也就確定了左、右電極發(fā)生的反應(yīng)。

（1）① CO燃燒熱的熱化學(xué)方程式CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1；

② CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 a

H2(g)+O2(g)= H2O(g) △H= -285.8 kJmol-1 b

CH3OH(l)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l) △H= -726.51 kJmol-1 c

將a+2b-c得 CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H= -128.09 kJmol-1；

（2）甲醇燃料電池的正極反應(yīng)式為：O2+4e-+4H+=2H2O，負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；由H+的遷移方向，我們可推知左側(cè)電極為正極，右側(cè)電極為負(fù)極；

①c處產(chǎn)生的氣體是CO2；

②負(fù)極的電極反應(yīng)式是CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；

（3）在甲池中，通甲醇的電極為負(fù)極，通O2的電極為正極，則A、C為陽極，B、D為陰極；

①乙中B極，首先是溶液中的Cu2+得電子生成Cu，然后是H+得電子生成H2，電極反應(yīng)式為Cu2+ +2e-=Cu、2H++2e-=H2↑；

②乙中B極發(fā)生的反應(yīng)為：Cu2+ + 2e- = Cu、2H+ + 2e- = H2↑

0.1mol 0.2mol 0.2mol 0.2mol

A極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O+4e-=4H++O2↑，

0.4mol 0.1mol

按兩電極得失電子的數(shù)目相等進(jìn)行計(jì)算，線路中轉(zhuǎn)移的電子應(yīng)為0.4mol，生成氣體0.1mol，析出的氣體在標(biāo)況下的體積2.24L；

③丙裝置溶液中，發(fā)生的反應(yīng)為2Fe3++2e-=2Fe2+ Cu-2e-=Cu2+

對照圖中線段的變化，可確定①為Fe3+、②為Fe2+、③為Cu2+，則②線表示的是Fe2+的變化；反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽離子Fe2+(0.5mol)、Cu2+(0.2mol)恰好完全沉淀，則需NaOH的物質(zhì)的量為：0.5mol×2+0.2mol×2=1.4mol，V(NaOH)=。