Question

甲醇（CH₃OH）是重要的能源物質(zhì)，研究甲醇具有重要意義．
（I）利用工業(yè)廢氣中的CO₂可制取甲醇，其反應(yīng)為：CO₂+3H₂

催化劑  .

CH₃OH+H₂O常溫常壓下已知下列反應(yīng)的能量變化如圖1所示：
寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：

 

（2）為提高甲醇燃料的利用率，科學(xué)家發(fā)明了一種燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是摻入了 Y₂O₃的ZrO₂晶體，在高溫下它能傳導(dǎo)O^2-離子．電池工作時正極反應(yīng)式為

 

．
若以該電池為電源，用石墨做電極電解100mL含有如下離子的溶液．

離子	銅離子	氫離子	氯離子	硫酸根離子
c/mol?L-1	1	4	4	1

電解一段時間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相詞條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象），陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量為

 

mol．
（3）甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：通電后將Co²⁺氧化成Co⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．實(shí)驗(yàn)室用圖2裝置模擬上述過程：
①寫出陽極電極反應(yīng)式

 

；
②除去甲醇的離子反應(yīng)為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，該過程中被氧化的元素是

 

，當(dāng)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LC0₂時，共轉(zhuǎn)移電子

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,電解原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專題

分析：（1）分析圖象書寫熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）根據(jù)原電池原理，正極O₂得到電子生成負(fù)極O^2-；依據(jù)電解原理和溶液中離子放電順序，結(jié)合電子守恒和電極反應(yīng)計(jì)算得到；
（3）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②依據(jù)離子反應(yīng)中 元素化合價變化分析，6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒計(jì)算電子轉(zhuǎn)移．

解答： 解：（1）圖象分析書寫熱化學(xué)方程式為：①CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-91KJ/mol；依據(jù)蓋斯定律②-①得到：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是摻入了 Y₂O₃的ZrO₂晶體，在高溫下它能傳導(dǎo)O^2-離子，根據(jù)原電池原理，正極O₂得到電子生成負(fù)極O^2-：O₂+4e^-=2O^2-，電解一段時間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相詞條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象），100ml溶液中含有c（Cu²⁺）=1mol/L，c（H⁺）=4mol/L，c（Cl^-）=4mol/L，c（SO₄^2-）=1mol/L；
陽極氯氣和陰極氫氣相同，設(shè)陽極生成的氧氣物質(zhì)的量為x，陰極上也應(yīng)生成氫氣物質(zhì)的量x
陽極電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，
           0.4mol 0.4mol 0.2mol      4x        x
陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
         0.1mol  0.2mol  0.1mol       
      2H⁺+2e^-=H₂↑；     2H⁺+2e^-=H₂↑；   
    0.4mol  0.4mol   0.2mol               2x      x
依據(jù)電子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x
x=0.1mol
陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量0.1mol；
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；0.1mol；
（3）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺，故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②依據(jù)離子反應(yīng)中 元素化合價變化分析，6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，該過程中被氧化的元素是碳元素，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒計(jì)算電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LC0₂時物質(zhì)的量為0.1mol，共轉(zhuǎn)移電子0.6mol，故答案為：碳；0.6．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫方法和圖象分析判斷，原電池和電解池原理的分析應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，掌握原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．