Question

【題目】甲醇的用途廣泛，摩托羅拉公司也開發出一種由甲醇、氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，容量達氫鎳電池或鋰電池的10倍，可連續使用一個月才充一次電、請完成以下與甲醇有關的問題：

（1）工業上有一種生產甲醇的反應為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；ΔH=-49kJ·mol-1。在溫度和容積相同的A、B兩個容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫恒容，經10秒鐘后達到平衡，達到平衡時的有關數據如下表：

①從反應開始到達到平衡時，A中用CO2來表示的平均反應速率為___。

②A中達到平衡時CO2的轉化率為___。

③a=___。

（2）某同學設計了一個甲醇燃料電池，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式___。

②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如圖所示(氣體體積已換算成標準狀況下的體積)，寫出在t1后，石墨電極上的電極反應式___；在t2時所得溶液的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根據甲醇的濃度計算二氧化碳的濃度變化量再根據速率公式計算CO2 的反應速率；

②根據反應放出的熱量計算參加反應的二氧化碳的物質的量，再利用轉化率定義計算；

③恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應組分的物質的量、濃度相等，二者起始物質的量等于各物質的化學計量數，放出熱量與吸收熱量之和等于反應熱數值；

(2)①甲醇發生氧化反應，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極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，故圖丙中I表示陰極產生的氣體，II表示陽極產生的氣體，t1前電極反應式為:陽極2Cl--4e-=Cl2↑，陰極2Cu2++4e-=2Cu，t1~t2電極反應式為: 陽極4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極4H++4e-=2H2↑，在根據氧氣的量計算氫氧根離子的物質的量，水電離出等物質的量的氫離子和氫氧根離子，根據公式計算得出c(H+)從而得出溶液的pH。

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

②根據CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；ΔH=-49kJ·mol-1，由表中數據可知，反應達到平衡時放出的熱量為29.4kJ，所以參加反應的CO2的物質的量為0.6mol，所以A中達到平衡時CO2的轉化率為=；故答案為：60%；

③恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應組分的物質的量、濃度相等，二者起始物質的量等于各物質的化學計量數，放出熱量與吸收熱量之和等于反應熱數值，則吸收的熱量a=反應熱-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乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，當Cu2+反應完了，水中的H+放電，故圖丙中I表示陰極產生的氣體，II表示陽極產生的氣體，t1前電極反應式為：陽極2Cl--2e-=Cl2↑，t1~t2電極反應放出的氣體速率減小了，說明Cl-反應完了，所以t1~t2電極反應式為：陽極4OH--4e-=O2↑+2H2O，t2點后相當于電解水，電極反應式為：陽極4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極4H++4e-=2H2↑，所以在t1后，石墨電極上的電極反應式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；t1前電極反應式為：陽極2Cl--2e-=Cl2↑，產生的Cl2為224mL，t2點時陰極2Cu2++4e~=2Cu，Cu2+剛好反應完，陽極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。