Question

（14分）甲醇的用途广泛，摩托罗拉公司也开发出一种由甲醇、氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，容量达氢镍电池或锂电池的10倍，可连续使用一个月才充一次电．请完成下列与甲醇有关的问题．

（1）工业上用3克氢气与二氧化碳反应生成气态甲醇和水蒸气，放出24.5千焦的热量。

①请写出该反应的热化学反应方程式：                           

利用该反应，在温度和容积相同的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，经10秒钟后达到平衡，达到平衡时的有关数据如下表：

       ②从反应开始到达到平衡时，A中用CO₂来表示的平均反应速率为         。

      ③A中达到平衡时CO₂的转化率为            ， a=           。

   （2）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如题1图：

  

       ①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式                         。

       ②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如题2图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后，石墨电极上的电极反应式            ；在t₂时所得溶液的pH约为             。

 

Answer 1

【答案】

（14分  每空2分）

（1）①

② 0.1c₁ mol/(L·S) 或0.1c₂ mol/(L·S)（任答对一个得分） ③ 60%    19.6

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

【解析】（1）考查热化学方程式的书写和反应热的有关计算。A容器中放出29.4kJ热量，所以消耗的氢气是，物质的量是1.8mol，消耗二氧化碳的物质的量是0.6mol，故平衡时CO₂的转化率为60％。因为化学反应速率之比是化学计量数之比，所以A中用CO₂来表示的平均反应速率为0.1c₁ mol/(L··S)。因为平衡的建立与途径无关，所以B容器与A是等效的，所以平衡时B中应该生成0.4mol二氧化碳，所以反应吸收的热量是0.4×49＝19.6kJ。

（2）在反应中甲醇失去电子，其负极的电极反应式为CH₃OH －6e^－+ 8OH^－=CO₃^2－+ 6H₂O。电解NaCl与CuSO₄混合溶液时，阳极Cl^－失去电子生成氯气，阴极Cu²⁺得到电子，当二者电解完毕之后，阳极OH^－失去电子生成氧气，阴极H⁺得到电子得到氢气。根据图像可知I代表氢气，Ⅱ代表氯气和氧气。t₁后开始生成氧气，电极反应式为4OH^－ －4e^－ = O₂↑+ 2H₂O。t₂时生成氧气的体积是336－224＝112ml，所以消耗的OH^－的量是0.005mol×4＝0.02mol，因此溶液中生成的氢离子的量是0.02mol，其浓度为0.1mol·L^－1，故pH为1.