Question

【题目】甲醇又称“木醇”，是无色有酒精气味易挥发的有毒液体。甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。

（1）工业上可利用CO2和H2生产甲醇，方程式如下：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（l）＋H2O （g） △H＝Q1kJ·mol－1

又查资料得知：①CH3OH（l）＋1/2 O2（g）CO2（g）＋2H2（g） △H＝Q2kJ·mol－1

②H2O（g）=H2O（l） △H= Q3kJ·mol－1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为______。

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

（2）为除去饱和食盐水中的铵根离子，可在碱性条件下通入氯气，反应生成氮气。该反应的离子方程式为___________________________________。

（3）过量氯气用Na2S2O3除去，反应中S2O32-被氧化为SO42-。若过量的氯气为1×10-3mol，则理论上生成的SO42-为_____________mol。

（4）写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式______________________。

（5）理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（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____________，原混合溶液中 NaCl的物质的量浓度为___________mol/L。（设溶液体积不变）

（6）当向上述甲装置中通入标况下的氧气336mL时，理论上在铁电极上可析出铜的质量为_____________g。

（7）若使上述电解装置的电流强度达到5．0A，理论上每分钟应向负极通入气体的质量为_____________克。（已知1个电子所带电量为1．6×10-19C，计算结果保留两位有效数字）

Answer 1

【答案】CH3OH（l）+3/2 O2（g）== CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（2Q1＋3Q2＋2Q3）kJmol－1 3Cl2+2NH4++8OH-=N2↑+6Cl-+8H2O 5×10-4 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 4OH--4e-=O2↑+2H2O 0.1 1.28 0.016

【解析】

（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算分析得到所需热化学方程式；

（2）可以根据反应物和生成物正确书写化学方程式；

（3）依据离子方程式的定量关系计算生成硫酸根离子的量；

（4）在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，根据电解质环境来书写电极反应式；

（5）根据电解池的电极反应规律来书写电解反应，结合电子守恒和离子的量的关系进行计算；

（6）根据n=计算出氧气的物质的量，再根据丙中图象判断铜离子的总物质的量，最后根据m=nM计算出生成铜的质量；

（7）根据Q=It和N=Q/e-结合CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O计算。

（1）根据盖斯定律，将已知热化学方程式中的氢气和水蒸气消去，得到1mol甲醇完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水的热化学方程式是CH3OH（l）+3/2 O2（g）== CO2（g）+2H2O（l） ΔH=（2Q1＋3Q2＋2Q3）kJmol－1；

（2）铵根离子，可在碱性条件下通入氯气，反应生成氮气，可知氯气被还原为Cl-，同时应该有水生成，发生反应的离子方程式为3Cl2+2NH4++8OH-=N2↑+6Cl-+8H2O；

（3）1molS2O32-被氧化为SO42-转移8mol电子，过量的氯气为1×10-3mol，完全被还原转移电子为2×10-3mol，故参加反应的S2O32-为=0.25×10-3mol，生成的SO42-为0．25×10-3mol×2=0.5×10-3mol；

（4）在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，甲醇失电子的过程为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

（5）石墨为阳极、铁电极为阴极，开始Cl-在阳极放电生成氯气，阴极Cu2+放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl--2e-=Cl2↑可知，n（NaCl）=×2=0.02mol，所以c（NaCl）==0.1mol/L；

（6）标况下的氧气336mL的物质的量为=0.015mol，转移电子数为0.015mol×4=0.06mol；阴极析出铜的物质的量为=0.02mol，质量为0.02mol×64g·mol-1=1.28g；

（7）电解装置的电流强度达到5.0A，每分钟转移电子的物质的量为=0.003mol，负极通入气体的质量为×32g·mol-1=0.016g。