Question

【题目】甲醇是重要的化工原料。在催化剂的作用下，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化学反应如下：

I.CO+2H2CH3OH II.CO2+3H2CH3OH+H2O

Ⅲ.CO2+H2CO+H2O　

请回答下列问题：

(1)已知三种物质的标准燃烧热如下表：

物质	CO(g)	H2(g)	CH3OH(l)
燃烧热(kJ·mol1)	283.0	285.8	726.51

①书写25℃、101kPa条件时CO燃烧热的热化学方程式______________________。

②计算25℃、101kPa条件时反应Ⅰ的ΔH=_____kJ·mol1 。

(2)直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell)属于质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示：

①c处产生的气体是________

②负极的电极反应式是____________。

(3)下图是甲醇燃料电池工作示意图，其中A，B，D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A，B两极上产生的气体体积相同。

①乙中B极的电极反应式_______；

②乙中A极析出的气体在标况下的体积________；

③丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图，则③线表示的是____的变化，反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要____ml 5mol/L NaOH溶液。

Answer 1

【答案】CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 -128.09 CO2 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 2.24L Fe2+ 280ml

【解析】

(1)①25℃、101kPa条件时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为燃烧热；

②结合燃烧热概念书写燃烧热的热化学方程式，利用盖斯定律计算得到；

(2)①甲醇燃料电池工作时，阳离子向正极移动；

②甲醇燃料电池的负极发生氧化反应，应为甲醇在负极发生氧化反应，氧化产物为CO2，并得到H+；

(3)①分析可知B电极与电源负极连接，为电解池的阴极，铜离子得电子生成铜，工作一段时间后，断开K，此时A，B两极上产生的气体体积相同说明铜离子全部放电后溶液中氢离子放电生成氢气；

②工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子获得电子变为铜单质析出，氢离子得到电子生成氢气；A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气；阳极电极反应和电子守恒计算得到；

③C电极为阳极，D电极为阴极，根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据丙的成分可知溶液中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu2+生成，因此C电极是Cu电极，作阳极，D电极是石墨作阴极，根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化确定曲线对应的离子，结合转移电子的物质的量计算。

(1)①25℃、101kPa条件时CO燃烧热为-283.0kJ/mol，燃烧热的热化学方程式为；CO (g)+O2(g)=CO2(g) △H= -283.0kJmol-1；

②I. CO (g)+O2(g)=CO2(g) △H= -283.0kJmol-1；

Ⅱ.H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1；

Ⅲ.CH3OH(l)+O2(g)=2H2O(l)+CO2(g) △H= -726.51kJmol-1；

根据盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ×2-Ⅲ得到：CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H= -128.09kJ/mol；

(2)①甲醇燃料电池工作时，阳离子向正极移动，由图可知c极为负极，则生成的气体为CO2；

②甲醇燃料电池的负极发生氧化反应，则甲醇在负极发生氧化反应，氧化产物为CO2，并得到H+，发生反应的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；

(3)①分析可知：B电极为电解池的阴极，Cu2+离子在阴极得电子生成单质Cu，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，工作一段时间后，断开K，此时A，B两极上产生的气体体积相同，说明Cu2+全部放电后溶液中H+放电生成H2，此时电极反应为：2H++2e-=H2↑；

②工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，H+放电生成H2，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为n(Cu2+)=0.1L×1mol/L=0.1mol，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，则 0.1mol Cu2+反应获得0.2mol电子，根据电极反应式：2H++2e-=H2↑可知：产生x mol H2转移2x mol电子，A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，产生x mol O2，失去4mol电子，根据同一闭合回路中电子转移数目相等可得0.2+2x=4x，解得x=0.1mol，乙中A极析出的气体是氧气物质的量n(O2)=0.1mol，其在标准状况下的体积V=0.1mol×22.4L/mol=2.24L；

③根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化图象可知，铜离子从无逐渐增多，Fe3+物质的量减小，Fe2+增加，①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+，依据②计算得到电子转移为0.2mol，当电子转移为0.2mol时，丙中阳极电极反应Cu-2e-=Cu2+，生成Cu2+物质的量为0.1mol，图象分析每个单位为0.1mol，阴极电极反应Fe3++e-=Fe2+，溶液中有Fe3+ 0.2mol，Fe2+ 0.3mol，Cu2+为0.1mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，所以NaOH溶液等体积V(NaOH)==0.28L=280mL。