Question

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(zhì)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(guān)的問題．
（1）工業(yè)上有一種生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)為：
CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-49.0kJ?mol^-1
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(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3mol 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)開始到達到平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率為

0.1c₁mol/（L?S）或0.1c₂mol/（L?S）

．
②A中達到平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為

60%

．③a=

19.6

．
某同學(xué)設(shè)計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL-定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如丙圖所示（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(yīng)式

4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O

；在t₂時所得溶液的pH為

1

．（假設(shè)溶液體積不變）

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)甲醇的濃度計算二氧化碳的濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計算用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率；
②根據(jù)反應(yīng)放出的熱量計算參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算；
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；
（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，故圖丙中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）①該反應(yīng)中甲醇的v=

△c

△t

=

c1

10

mol/(L．s)=0.1c₁ mol/（L．s）或v=

△c

△t

=

c2

10s

mol/(L．s)=0.1mol/（L．s），二氧化碳和甲醇的計量數(shù)相同，所以其反應(yīng)速率相同，即甲醇的反應(yīng)速率為0.1c₁mol/（L?S） 或0.1c₂mol/（L?S），
故答案為：0.1c₁mol/（L?S） 或0.1c₂mol/（L?S）；
 ②1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49.0kJ熱量，當放出29.4kJ熱量時，則參加反應(yīng)的n（CO₂）=

29.4kJ×1mol

49.0kJ

=0.6mol，所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率=

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案為：60%； 
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；
（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，故圖丙中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：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．