Question

【题目】开发新能源是解决环境污染的重要举措，其中甲醇、乙醇、甲烷都是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

（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。

乙醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：______________________。

（2）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。如下图1，用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气。

①写出燃料电池负极的电极反应式_________________。

②若利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件应是_______极(填“A”或“B”)；当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为________L。

（3）某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后如上图2作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量表达式为_____________(法拉第常数F＝9.65×l04C/ mol)，最多能产生的氯气体积为_____L(标准状况)。

（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co2+在阳极氧化成Co3+，生成的Co3+将甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯除去Co2+)，现用如图3所示装置模拟上述过程，则Co2+在阳极的电极反应式为________________________除去甲醇的离子方程式为______________________________。

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。

乙醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：由盖斯定律方程式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作还原剂，失电子，燃料电池负极的电极反应式：CH3OH－6e－+ 8OH－＝CO32－＋6H2O；②若利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，B与电池的负极相连，是阴极，A是阳极；在铁件表面镀铜，则铁件应是阴极，故选B。根据得失电子守恒：2Cu～O2，当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气6.4g/(2×64g·mol－1)== 0.05mol，标准状况下体积为22.4L·mol－1×0.05mol=1.12L；（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e－～4 mol Cl2，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl2；电解池通过的电量为 ×8×9.65×l04C·mol－1=3.45×104C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算）。（5）通电后，将Co2＋氧化成Co3＋，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2＋-e－=Co3＋；以Co3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2＋，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H＋，配平书写离子方程式为：6Co3＋+CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2＋+6H＋。