Question

（14分）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．請完成下列與甲醇有關(guān)的問題．

（1）工業(yè)上用3克氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成氣態(tài)甲醇和水蒸氣，放出24.5千焦的熱量。

①請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：                           

利用該反應(yīng)，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：

       ②從反應(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         。

      ③A中達(dá)到平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為            ， a=           。

   （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，其裝置如題1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)系如題2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】

（14分  每空2分）

（1）①

② 0.1c₁ mol/(L·S) 或0.1c₂ mol/(L·S)（任答對一個(gè)得分） ③ 60%    19.6

（2）① CH₃OH - 6e^－+ 8OH^－ = CO₃^2－+ 6H₂O       ② 4OH^－ - 4e^－ = O₂↑+ 2H₂O    1

【解析】（1）考查熱化學(xué)方程式的書寫和反應(yīng)熱的有關(guān)計(jì)算。A容器中放出29.4kJ熱量，所以消耗的氫氣是，物質(zhì)的量是1.8mol，消耗二氧化碳的物質(zhì)的量是0.6mol，故平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為60％。因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)速率之比是化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率為0.1c₁ mol/(L··S)。因?yàn)槠胶獾慕�立與途徑無關(guān)，所以B容器與A是等效的，所以平衡時(shí)B中應(yīng)該生成0.4mol二氧化碳，所以反應(yīng)吸收的熱量是0.4×49＝19.6kJ。

（2）在反應(yīng)中甲醇失去電子，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH －6e^－+ 8OH^－=CO₃^2－+ 6H₂O。電解NaCl與CuSO₄混合溶液時(shí)，陽極Cl^－失去電子生成氯氣，陰極Cu²⁺得到電子，當(dāng)二者電解完畢之后，陽極OH^－失去電子生成氧氣，陰極H⁺得到電子得到氫氣。根據(jù)圖像可知I代表氫氣，Ⅱ代表氯氣和氧氣。t₁后開始生成氧氣，電極反應(yīng)式為4OH^－ －4e^－ = O₂↑+ 2H₂O。t₂時(shí)生成氧氣的體積是336－224＝112ml，所以消耗的OH^－的量是0.005mol×4＝0.02mol，因此溶液中生成的氫離子的量是0.02mol，其濃度為0.1mol·L^－1，故pH為1.