Question

（2012?天津模擬）甲醇是一種可再生能源，用途廣泛，一種由甲醇、氧氣以及強堿溶液制成的新型手機電池，容量達氫鎳電池或鋰電池的10倍．回答下列有關(guān)問題：
（1）工業(yè)上有一種生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
在某溫度下，容積均為1L的A、B兩個容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容，經(jīng)10秒鐘后達到平衡，達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	A	B
反應(yīng)物投入量	1mol CO2（g）和3mol H2（g）	1mol CH3OH（g）和1mol H2O（g）
CH3OH（g）濃度（mol?L-1）	c1	c2
反應(yīng)能量變化	放出29.4kJ	吸收akJ

①從反應(yīng)開始至達到平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率為

0.06mol/（L?S）

．
②該溫度下，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g） 的化學(xué)平衡常數(shù)的值為

0.12

．
③a=

19.6

．
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

BC

．
A．升高溫度        B．充入氫氣
C．將水蒸氣從體系中分離    D．用更有效的催化劑
（2）某同學(xué)設(shè)計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖1：

①寫出甲中通入甲醇一極的電極反應(yīng)式

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．
②圖2中曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出電解開始時鐵極上的電極反應(yīng)式

Cu²⁺+2e^-=Cu

；
t₁后石墨電極上的電極反應(yīng)式

4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O

；計算在t₂時所得溶液的pH為（忽略電解前后溶液體積的變化）

1

．

Answer 1

分析：（1）①先根據(jù)反應(yīng)中能量變化求出參加反應(yīng)的CO₂的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)v=

△c

△t

求出CO₂的平均反應(yīng)速率；
②首先計算出平衡時各物質(zhì)的濃度，根據(jù)K=

c(CH3OH)?c(H20)

c(CO2)?c3(H2)

計算；
③恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值；
④要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（2）①甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成碳酸根與水；
②圖1中原電池通入甲醇的為負極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu：Cu²⁺+2e^-=Cu，故圖2中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計算氫氧根離子的物質(zhì)的量，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，根據(jù)公式計算得出C（H⁺），從而得出溶液的pH．

解答：解：（1）①1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49.0kJ熱量，當(dāng)放出29.4kJ熱量時，則參加反應(yīng)的n（CO₂）=

29.4kJ×1mol

49.0kJ

=0.6mol，CO₂的平均反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

△n V

△t

=

0.6mol 1L

10S

=0.06mol/（L?S），故答案為：0.06mol/（L?S）；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（mol/L）     1             3              0             0
轉(zhuǎn)化（mol/L）   0.6           1.8          0.6          0.6
平衡（mol/L）   0.4           1.2          0.6          0.6
根據(jù)K=

c(CH3OH)?c(H20)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.6 × 0.6

0.4×1．23

=0.12，
故答案為：0.12；
③恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值，則吸收的熱量=反應(yīng)熱-放出的熱量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案為：19.6；
④要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入氫氣，平衡向正反應(yīng)方法移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，．故B正確；
C．將水蒸氣從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．用更有效的催化劑，平衡不移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯誤．
故答案為：BC；
（2）①甲醇燃料電池中，在堿性條件下，甲醇失電子生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②圖1中乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu：Cu²⁺+2e^-=Cu；故圖2中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，t₁～t₂Ⅱ產(chǎn)生的氣體體積=0.336L-0.224L=0.112L，陽極上生成112mL氧氣需要n（OH^-）=

0.112L×4mol

22.4L

=0.02mol，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1．

點評：本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計算、電解池原理等知識點，電解硫酸銅和氯化鈉混合溶液時，明確離子的放電順序是解本題的關(guān)鍵，難度較大．