Question

17．（1）CH₃OH是一种可燃性的液体．
已知：①CH₃OH （g）+H₂O （l）═CO₂（g）+3H₂（g）；△H=+93.0KJ•mol^-1
②CH₃OH （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）；△H=-192.9KJ•mol^-1
③CH₃OH （g）═CH₃OH （l）；△H=-38.19KJ•mol^-1
则表示CH₃OH的燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ•mol^-1
（2）燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置，CH₃OH-空气燃料电池是一种碱性（20%-30%的KOH溶液）燃料电池．电池放电时，负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（3）如图是一个电解过程示意图，假设使用CH₃OH-空气燃料电池作为本过程中的电源，其中a为电解液，X和Y是两块电极板．
①若X和Y均为惰性电极，a为一定浓度的硫酸铜溶液，通电后，Y极板上发生的电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
②若X、Y分别为石墨和铜，a为CuSO₄溶液，铜片的质量变化128g，则CH₃OH一空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气112 L（假设空气中氧气体积分数为20%）
（4）已知高锰酸钾能氧化甲醇，也能氧化草酸．查阅资料，乙二酸（HOOC-COOH，可简写为H₂C₂O₄）俗称草酸，易溶于水，属于二元中强酸（为弱电解质），且酸性强于碳酸．
①请配平该反应的离子方程式：2MnO₄^-+5 H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
②某兴趣小组同学将2.52g草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）加入到100mL 0.2mol•L^-1的NaOH溶液中充分反应，测得反应后溶液呈酸性，形成的溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-（用离子符号表示）．

Answer 1

分析 （1）①CH₃OH（g）+H₂O（l）═CO₂（g）+3H₂（g）；△H=+93.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）；△H=-192.9kJ•mol^-1
③CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-38.19kJ•mol^-1
将方程式3②-③-2①得CH₃OH（l ）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O （l），焓变进行相应的改变；
（2）CH₃OH燃料碱性电池中，负极上CH₃OH失电子和OH^-反应生成CO₃^2-和H₂O；
（3）①石墨作电极电解硫酸铜溶液，Y是阳极，阳极上OH^-失电子生成O₂和H₂O；
②X、Y分别是石墨、Cu，Cu作阳极，电解硫酸铜溶液，阳极上Cu失电子发生氧化反应，阴极上铜离子得电子发生还原反应，根据转移电子守恒计算消耗空气体积；
（4）①该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价，C元素化合价由+3价变为+4价，根据元素守恒知，产物中还有水生成，酸性条件下高锰酸钾溶液具有强氧化性，所以还需要氢离子参加反应，根据电荷守恒、转移电子守恒及原子守恒配平方程式；
②c两者正好1：1反应生成NaHC₂O₄，溶液显酸性说明HC₂O₄^-的电离程度大于其水解程度，可得离子浓度间的大小关系．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+H₂O（l）═CO₂（g）+3H₂（g）；△H=+93.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）；△H=-192.9kJ•mol^-1
③CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-38.19kJ•mol^-1
将方程式3②-③-2①得CH₃OH（l ）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O （l），△H=3（-192.9kJ•mol^-1）-（-38.19kJ•mol^-1）-2（+93.0kJ•mol^-1）=-726.51 kJ•mol^-1
故答案为：CH₃OH（l ）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-726.51 kJ•mol^-1 ；
（2）燃料电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）①石墨作电极电解硫酸铜溶液，Y是阳极，阳极上OH^-失电子生成O₂和H₂O，电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
②若X、Y分别为石墨和铜，a为CuSO₄溶液，电解硫酸铜溶液时，铜电极上铜失电子发生氧化反应，当铜片的质量变化128g，失去电子的物质的量=$\frac{128g}{64g/mol}$，
1mol氧气生成-2价氧元素得到4mol电子，则需要空气的体积=$\frac{\frac{4mol}{4}}{22.4L/mol}$÷20%=112L，故答案为：112；
（4）①该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价，C元素化合价由+3价变为+4价，根据元素守恒知，产物中还有水生成，酸性条件下高锰酸钾溶液具有强氧化性，转移电子数为10，所以还需要氢离子参加反应，根据电荷守恒、转移电子守恒及原子守恒配平方程式为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2；5；6H⁺；2；10；8H₂O；
②n（H₂C₂O₄•2H₂O）=$\frac{2.52g}{126g/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，两者正好1：1反应生成NaHC₂O₄，溶液显酸性说明HC₂O₄^-的电离程度大于其水解程度，而溶液中还存在着水的电离，故H⁺＞C₂O₄^2-，由于离子的电离程度较小，则有HC₂O₄^-＞H⁺，故正确顺序为Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-，
故答案为：Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-．

点评 本题考查较综合，涉及酸碱中和定性判断、氧化还原反应配平、电解原理、盖斯定律等知识点，为高频考点，明确化学反应原理及基本计算方法是解本题关键，难点是离子浓度大小比较、电极反应式的书写，注意转移电子守恒的灵活运用，题目难度不大．