Question

（14分）甲醇的用途廣泛，摩托羅拉公司也開發(fā)出一種由甲醇、氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，容量達氫鎳電池或鋰電池的10倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電．請完成下列與甲醇有關的問題．

（1）工業(yè)上用3克氫氣與二氧化碳反應生成氣態(tài)甲醇和水蒸氣，放出24.5千焦的熱量。

①請寫出該反應的熱化學反應方程式：                           

利用該反應，在溫度和容積相同的A、B兩個容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫恒容，經10秒鐘后達到平衡，達到平衡時的有關數(shù)據如下表：

       ②從反應開始到達到平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應速率為         。

      ③A中達到平衡時CO₂的轉化率為            ， a=           。

   （2）某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如題1圖：

  

       ①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式                         。

       ②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如題2圖所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），寫出在t₁后，石墨電極上的電極反應式            ；在t₂時所得溶液的pH約為             。

 

Answer 1

【答案】

（14分  每空2分）

（1）①

② 0.1c₁ mol/(L·S) 或0.1c₂ mol/(L·S)（任答對一個得分） ③ 60%    19.6

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

【解析】（1）考查熱化學方程式的書寫和反應熱的有關計算。A容器中放出29.4kJ熱量，所以消耗的氫氣是，物質的量是1.8mol，消耗二氧化碳的物質的量是0.6mol，故平衡時CO₂的轉化率為60％。因為化學反應速率之比是化學計量數(shù)之比，所以A中用CO₂來表示的平均反應速率為0.1c₁ mol/(L··S)。因為平衡的建立與途徑無關，所以B容器與A是等效的，所以平衡時B中應該生成0.4mol二氧化碳，所以反應吸收的熱量是0.4×49＝19.6kJ。

（2）在反應中甲醇失去電子，其負極的電極反應式為CH₃OH －6e^－+ 8OH^－=CO₃^2－+ 6H₂O。電解NaCl與CuSO₄混合溶液時，陽極Cl^－失去電子生成氯氣，陰極Cu²⁺得到電子，當二者電解完畢之后，陽極OH^－失去電子生成氧氣，陰極H⁺得到電子得到氫氣。根據圖像可知I代表氫氣，Ⅱ代表氯氣和氧氣。t₁后開始生成氧氣，電極反應式為4OH^－ －4e^－ = O₂↑+ 2H₂O。t₂時生成氧氣的體積是336－224＝112ml，所以消耗的OH^－的量是0.005mol×4＝0.02mol，因此溶液中生成的氫離子的量是0.02mol，其濃度為0.1mol·L^－1，故pH為1.