题目内容
【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______________________________。
【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+。
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