Question

【題目】能源短缺是人類社會面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景。

（1）己知在常溫常壓下：

①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g），△H=-1275.6 kJ/mol

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）， △H=-566.0kJ/mol

③H2O（g）=H2O（l）， △H=-44.0 kJ/mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式__________________。

（2）某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的裝置。

①甲池負極的電極反應為__________________。

②工作一段時間后，測得甲中溶液的pH減小，該電池總反應的離子方程式為______。

③乙池中A（石墨）電極的名稱為__________________（填“正極”、“負極”或“陰極”、“陽極”），乙池中總反應式為_________。

④當乙池中B極質量增加5.40g時，甲池中理論上消耗O2的體積為__mL（標準狀況），假設乙池、丙池中的溶液均為足量，丙池中____（填“C”或“D”）極析出______g銅。

Answer 1

【答案】CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/molCH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O陽極4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3280D1.6

【解析】

（1）己知：

①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6 kJ/mol

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol

③H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0 kJ/mol

則根據蓋斯定律可知(①－②+4×③)/2即得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol。

（2）①甲池為原電池，燃料在負極失電子發生氧化還原反應，在堿溶液中生成碳酸鹽，甲池中通入CH3OH的電極反應為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

②根據以上分析可知甲池是燃料電池，由于電解質溶液顯堿性，則生成物是碳酸鉀和水，所以工作一段時間后甲中溶液的pH減小，因此該電池總反應的離子方程式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O；

③乙池是電解池，A電極與電源的正極相連，則A為陽極，B為陰極，電池中是電解硝酸銀溶液生成銀，硝酸和氧氣，電池反應為4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3；

④乙池中B極質量增加5.4g為Ag，物質的量為5.4g÷108g/mol=0.05mol，依據電子守恒計算4Ag～O2～4e-，甲池中理論上消耗O2的物質的量是0.05mol÷4=0.0125mol，在標準狀況下的體積為0.0125mol×22.4L/mol=0.28L=280mL；丙為電解池C為陽極，D為陰極，電解氯化銅溶液銅離子在陰極得到電子析出銅，結合電子守恒計算2Ag～Cu～2e-，析出銅的物質的量是0.05mol÷2=0.025mol，質量為0.025mol×64g/mol=1.6g。