Question

【题目】开发新能源是解决环境污染的重要举措，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．

（1）已知：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=﹣1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=﹣566.0kJ/mol ③H2O（g）=H2O（l）△H3=﹣44kJ/mol． 甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为： ．
（2）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池．如图1，用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气．
①写出燃料电池负极的电极反应式 ．
②若利用该燃料电池提供电源，与图2右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件应是极（填”A”或”B”）；当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为L．
（3）某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验若每个电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为（法拉第常数F=9.65×l04C/mol），最多能产生的氯气体积为L（标准状况）．
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co2+氧化成Co3+ ， 然后将甲醇氧化成CO2和H+（用石墨烯除去Co2+）现用如图3所示装置模拟上述过程，则Co2+在阳极的电极反应式为
除去甲醇的离子方程式为 ．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H1=﹣442.0kJ/mol
（2）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；B；1.12
（3）3.45×104C；4
（4）Co2+﹣e﹣=Co3+（或6Co2+﹣6e﹣=6Co3+）；6Co3++CH3OH+H2O=6Co2++CO2↑+6H+
【解析】解：（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H1=﹣1274.0kJ/mol②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2=﹣566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H3=﹣44kJ/mol．
依据盖斯定律计算（①﹣②+③×4）× 得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442KJ/mol，
所以答案是：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442KJ/mol；（2）①燃料电池负极上是燃料失电子的氧化反应，发生反应的电极反应式为：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O，所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O； ②利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件做电解池的阴极，阴极与电源负极连接，装置图中与甲醇相连的B电极是阴极；当铁件的质量增重6.4g时，Cu2++2e﹣=Cu，电子转移0.2mol，燃料电池中消耗氧气的电极反应为：O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ ， 依据电子守恒计算消耗氧气物质的量0.05mol，标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
所以答案是：B；1.12；（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e﹣～4 mol Cl2 ， 故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl2；电解池通过的电量为 ×8×9.65×l04Cmol﹣1=3.45×104C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算）
所以答案是：3.45×104C；4；（4）①通电后，将Co2+氧化成Co3+ ， 电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+﹣e﹣=Co3+；所以答案是：Co2+﹣e﹣=Co3+；
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+ ， 结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+ ， 配平书写离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ， 所以答案是：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ．