Question

【題目】CH3OH是一種無色有刺激性氣味的液體，在生產生活中有重要用途，同時也是一種重要的化工原料。

(1)已知CH3OH(g)＋O2(g) CO2(g)＋2H2(g)的能量變化如圖所示，下列說法正確的是________(填字母)。

a．CH3OH轉變成H2的過程是一個吸收能量的過程

b．H2的生成速率與CH3OH的消耗速率之比為1∶2

c．化學變化不僅有新物質生成，同時也一定有能量變化

d．1 mol H—O鍵斷裂的同時2 mol C=O鍵斷裂，則反應達最大限度

(2)某溫度下，將5 mol CH3OH和2 mol O2充入2 L的密閉容器中，經過4 min反應達到平衡，測得c(O2)＝0.2 mol·L－1，4 min內平均反應速率v(H2)＝________，則CH3OH的轉化率為_______________。

(3)CH3OH燃料電池是目前開發最成功的燃料電池之一，這種燃料電池由甲醇、空氣(氧氣)、KOH(電解質溶液)構成。則下列說法正確的是________(填序號)。

①電池放電時通入空氣的電極為負極

②電池放電時，電解質溶液的堿性逐漸減弱

③電池放電時每消耗6.4 g CH3OH轉移1.2 mol電子

(4)寫出CH3OH燃料電池在酸性條件下負極的反應式______________

Answer 1

【答案】cd 0.8mol/(L·min) 64% ②③ CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+

【解析】

(1)由圖可知，反應物總能量小于生成物總能量，反應為放熱反應，結合化學反應的本質和平衡的特征分析判斷；

(2)某溫度下，將5molCH3OH和2molO2充入2L的密閉容器中，經過4min反應達到平衡，測得c(O2)=0.2molL-1，則氧氣的濃度變化量為：-0.2mol/L=0.8mol/L，再根據三段式分析計算；

(3)CH3OH燃料電池中通入燃料甲醇的電極為負極，通入空氣的電極為正極，結合電解質溶液為氫氧化鉀分析判斷；

(4)負極發生氧化反應，甲醇在負極失去電子，酸性條件下生成CO2，據此書寫電極反應式。

(1)a．由圖可知，反應物總能量小于生成物總能量，為放熱反應，故a錯誤；b．速率之比等于其化學計量數之比，H2的生成速率與CH3OH的消耗速率之比為2∶1，故b錯誤；c．化學變化的本質是舊的化學鍵斷裂，原子總組合生成新物質，形成新的化學鍵，化學變化不僅有新物質生成，同時也一定有能量變化，故c正確；d．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂，分別表示正、逆反應速率，等于化學計量數之比，正逆反應速率相等，反應到達平衡，故d正確；故答案為：cd；

(2)某溫度下，將5molCH3OH和2molO2充入2L的密閉容器中，經過4min反應達到平衡，測得c(O2)=0.2molL-1，則氧氣的濃度變化量為：-0.2mol/L=0.8mol/L，

CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)

起始濃度(mol/L)：2.5 1 0 0

變化濃度(mol/L)：1.6 0.8 1.6 3.2

平衡濃度(mol/L)：0.9 0.2 1.6 3.2

故v(H2)==0.8mol/(L·min)，CH3OH的轉化率=×100%=64%，故答案為：0.8mol/(L·min)；64%；

(3)①CH3OH燃料電池中通入燃料甲醇的電極為負極，通入空氣的電極為正極，故①錯誤；②電池放電時負極發生氧化反應，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子，負極電極反應式為：CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O，電解質溶液的堿性逐漸減弱，故②正確；③6.4gCH3OH的物質的量為=0.2mol，堿性條件下，CH3OH為氧化為CO32-，轉移電子為0.2mol×6=1.2mol，故③正確；故答案為：②③；

(4)負極發生氧化反應，甲醇在負極失去電子，酸性條件下生成CO2，根據電荷守恒可知，有氫離子生成，負極電極反應式為：CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+，故答案為：CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+。