Question

【題目】甲醇的用途廣泛，摩托羅拉公司也開發(fā)出一種由甲醇、氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，容量達(dá)氫鎳電池或鋰電池的10倍，可連續(xù)使用一個(gè)月才充一次電、請(qǐng)完成以下與甲醇有關(guān)的問題：

（1）工業(yè)上有一種生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；ΔH=-49kJ·mol-1。在溫度和容積相同的A、B兩個(gè)容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容，經(jīng)10秒鐘后達(dá)到平衡，達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

①?gòu)姆磻?yīng)開始到達(dá)到平衡時(shí)，A中用CO2來表示的平均反應(yīng)速率為___。

②A中達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為___。

③a=___。

（2）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO4混合溶液，其裝置如圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式___。

②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)，寫出在t1后，石墨電極上的電極反應(yīng)式___；在t2時(shí)所得溶液的pH約為___。

Answer 1

【答案】0.1c1mol/(L·s) 60% 19.6 CH3OH-6e-+80H-=CO32-+6H2O 4OH--4e-=O2↑+2H2O 1

【解析】

(1)①根據(jù)甲醇的濃度計(jì)算二氧化碳的濃度變化量再根據(jù)速率公式計(jì)算CO2 的反應(yīng)速率；

②根據(jù)反應(yīng)放出的熱量計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；

③恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值；

(2)①甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成碳酸根離子與水；

②原電池通入甲醇的為負(fù)極，乙中石墨電極為陽(yáng)極、鐵電極為陰極，開始Cl-在陽(yáng)極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，故圖丙中I表示陰極產(chǎn)生的氣體，II表示陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，t1前電極反應(yīng)式為:陽(yáng)極2Cl--4e-=Cl2↑，陰極2Cu2++4e-=2Cu，t1~t2電極反應(yīng)式為: 陽(yáng)極4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極4H++4e-=2H2↑，在根據(jù)氧氣的量計(jì)算氫氧根離子的物質(zhì)的量，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，根據(jù)公式計(jì)算得出c(H+)從而得出溶液的pH。

(1) ①根據(jù)表格可知A反應(yīng)中甲醇的反應(yīng)速率為v===0.1c1mol/(L·s)，根據(jù)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，所以A中CO2的平均反應(yīng)速率為0.1c1mol/(L·s)；

②根據(jù)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；ΔH=-49kJ·mol-1，由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)放出的熱量為29.4kJ，所以參加反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為0.6mol，所以A中達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為=；故答案為：60%；

③恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值，則吸收的熱量a=反應(yīng)熱-放出的熱量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，故答案為：19.6；

(2)①由圖象可知左圖為甲醇燃料電池，在堿性條件下甲醇失電子生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為：CH3OH-6e-+80H-=CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH-6e-+80H-=CO32-+6H2O；

②乙中石墨電極為陽(yáng)極、鐵電極為陰極，開始Cl-在陽(yáng)極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，當(dāng)Cu2+反應(yīng)完了，水中的H+放電，故圖丙中I表示陰極產(chǎn)生的氣體，II表示陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，t1前電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極2Cl--2e-=Cl2↑，t1~t2電極反應(yīng)放出的氣體速率減小了，說明Cl-反應(yīng)完了，所以t1~t2電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極4OH--4e-=O2↑+2H2O，t2點(diǎn)后相當(dāng)于電解水，電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極4H++4e-=2H2↑，所以在t1后，石墨電極上的電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；t1前電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極2Cl--2e-=Cl2↑，產(chǎn)生的Cl2為224mL，t2點(diǎn)時(shí)陰極2Cu2++4e~=2Cu，Cu2+剛好反應(yīng)完，陽(yáng)極4OH--4e-=O2↑+2H2O中O2的體積為336mL-224mL=112mL，消耗OH-為0.02mol，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，所以n(H+)=0.02mol，c(H+)==0.1mol/L，所以溶液的pH=1；答案：4OH--4e-=O2↑+2H2O；1。