Question

17．（1）CH₃OH是一種可燃性的液體．
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
則表示CH₃OH的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ•mol^-1
（2）燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置，CH₃OH-空氣燃料電池是一種堿性（20%-30%的KOH溶液）燃料電池．電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（3）如圖是一個(gè)電解過(guò)程示意圖，假設(shè)使用CH₃OH-空氣燃料電池作為本過(guò)程中的電源，其中a為電解液，X和Y是兩塊電極板．
①若X和Y均為惰性電極，a為一定濃度的硫酸銅溶液，通電后，Y極板上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
②若X、Y分別為石墨和銅，a為CuSO₄溶液，銅片的質(zhì)量變化128g，則CH₃OH一空氣燃料電池理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣112 L（假設(shè)空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為20%）
（4）已知高錳酸鉀能氧化甲醇，也能氧化草酸．查閱資料，乙二酸（HOOC-COOH，可簡(jiǎn)寫(xiě)為H₂C₂O₄）俗稱(chēng)草酸，易溶于水，屬于二元中強(qiáng)酸（為弱電解質(zhì)），且酸性強(qiáng)于碳酸．
①請(qǐng)配平該反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄^-+5 H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
②某興趣小組同學(xué)將2.52g草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）加入到100mL 0.2mol•L^-1的NaOH溶液中充分反應(yīng)，測(cè)得反應(yīng)后溶液呈酸性，形成的溶液中各離子的濃度由大到小的順序?yàn)镹a⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-（用離子符號(hào)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
將方程式3②-③-2①得CH₃OH（l ）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O （l），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）CH₃OH燃料堿性電池中，負(fù)極上CH₃OH失電子和OH^-反應(yīng)生成CO₃^2-和H₂O；
（3）①石墨作電極電解硫酸銅溶液，Y是陽(yáng)極，陽(yáng)極上OH^-失電子生成O₂和H₂O；
②X、Y分別是石墨、Cu，Cu作陽(yáng)極，電解硫酸銅溶液，陽(yáng)極上Cu失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算消耗空氣體積；
（4）①該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，根據(jù)元素守恒知，產(chǎn)物中還有水生成，酸性條件下高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，所以還需要?dú)潆x子參加反應(yīng)，根據(jù)電荷守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒及原子守恒配平方程式；
②c兩者正好1：1反應(yīng)生成NaHC₂O₄，溶液顯酸性說(shuō)明HC₂O₄^-的電離程度大于其水解程度，可得離子濃度間的大小關(guān)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
將方程式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
故答案為：CH₃OH（l ）+$\frac{3}{2}$O₂ （g）=CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-726.51 kJ•mol^-1 ；
（2）燃料電池中，負(fù)極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）①石墨作電極電解硫酸銅溶液，Y是陽(yáng)極，陽(yáng)極上OH^-失電子生成O₂和H₂O，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
②若X、Y分別為石墨和銅，a為CuSO₄溶液，電解硫酸銅溶液時(shí)，銅電極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，當(dāng)銅片的質(zhì)量變化128g，失去電子的物質(zhì)的量=$\frac{128g}{64g/mol}$，
1mol氧氣生成-2價(jià)氧元素得到4mol電子，則需要空氣的體積=$\frac{\frac{4mol}{4}}{22.4L/mol}$÷20%=112L，故答案為：112；
（4）①該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，根據(jù)元素守恒知，產(chǎn)物中還有水生成，酸性條件下高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為10，所以還需要?dú)潆x子參加反應(yīng)，根據(jù)電荷守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒及原子守恒配平方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：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，兩者正好1：1反應(yīng)生成NaHC₂O₄，溶液顯酸性說(shuō)明HC₂O₄^-的電離程度大于其水解程度，而溶液中還存在著水的電離，故H⁺＞C₂O₄^2-，由于離子的電離程度較小，則有HC₂O₄^-＞H⁺，故正確順序?yàn)镹a⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-，
故答案為：Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及酸堿中和定性判斷、氧化還原反應(yīng)配平、電解原理、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，明確化學(xué)反應(yīng)原理及基本計(jì)算方法是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是離子濃度大小比較、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，注意轉(zhuǎn)移電子守恒的靈活運(yùn)用，題目難度不大．