Question

【題目】開(kāi)發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，其中甲醇、乙醇、甲烷都是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。

（1）已知：①C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－1366.8kJ/mol

②2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) ΔH2＝－566.0kJ/mol

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3＝－44 kJ/mol。

乙醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：______________________。

（2）可利用甲醇燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池。如下圖1，用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，在兩個(gè)電極上分別充入甲醇和氧氣。

①寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式_________________。

②若利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是_______極(填“A”或“B”)；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時(shí)，燃料電池中消耗氧氣的標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為________L。

（3）某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后如上圖2作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，且反應(yīng)完全，則理論上通過(guò)電解池的電量表達(dá)式為_____________(法拉第常數(shù)F＝9.65×l04C/ mol)，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為_____L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

（4）電解法可消除甲醇對(duì)水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co2+在陽(yáng)極氧化成Co3+，生成的Co3+將甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯除去Co2+)，現(xiàn)用如圖3所示裝置模擬上述過(guò)程，則Co2+在陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為________________________除去甲醇的離子方程式為______________________________。

Answer 1

【答案】 C2H5OH(l)＋2O2(g)＝2CO(g)＋3H2O(l) ΔH1＝－932.8kJ/mol CH3OH－6e－+ 8OH－＝CO32－＋6H2O B 1.12 4 Co2+－e－＝Co3+(或6Co2+－6e－＝6Co3+) 6Co3++CH3OH+H2O＝6Co2++CO2↑+6H+

【解析】（1）已知：①C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－1366.8kJ/mol，②2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) ΔH2＝－566.0kJ/mol，③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3＝－44 kJ/mol。

乙醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：由蓋斯定律方程式①-②+③×3得到C2H5OH(l)＋2O2(g)＝2CO(g)＋3H2O(l) ΔH1＝（-1366.8kJ·mol－1）-（-566kJ·mol－1）+（-44kJ·mol－1）×3=-－932.8kJ/mol。（2）①CH3OH作還原劑，失電子，燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH3OH－6e－+ 8OH－＝CO32－＋6H2O；②若利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，B與電池的負(fù)極相連，是陰極，A是陽(yáng)極；在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是陰極，故選B。根據(jù)得失電子守恒：2Cu～O2，當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時(shí)，燃料電池中消耗氧氣6.4g/(2×64g·mol－1)== 0.05mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為22.4L·mol－1×0.05mol=1.12L；（3）根據(jù)得失電子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e－～4 mol Cl2，故若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），生成4L Cl2；電解池通過(guò)的電量為 ×8×9.65×l04C·mol－1=3.45×104C（題中雖然有兩個(gè)燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個(gè)池的甲烷量計(jì)算）。（5）通電后，將Co2＋氧化成Co3＋，電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co2＋-e－=Co3＋；以Co3＋做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化，自身被還原為Co2＋，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H＋，配平書(shū)寫離子方程式為：6Co3＋+CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2＋+6H＋。