Question

【题目】甲醇是重要的化工原料。在催化剂的作用下，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化学反应如下：

Ⅰ．CO+2H2CH3OH

Ⅱ．CO2+3H2CH3OH+H2O

Ⅲ．CO2+H2CO+H2O

请回答下列问题：

（1）已知三种物质的标准燃烧热如下表：

物质	CO(g)	H2(g)	CH3OH(l)
燃烧热(kJ·mol1)	283.0	285.8	726.51

①书写25℃、101kPa条件时CO燃烧热的热化学方程式______________________。

②计算25℃、101kPa条件时反应Ⅰ的ΔH=_____kJ·mol1 。

（2）甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell）属于质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示：

①c处产生的气体是________。

②负极的电极反应式是____________。

（3）下图是甲醇燃料电池工作示意图，其中A，B，D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A，B两极上产生的气体体积相同。

①乙中B极的电极反应式_______。

②乙中A极析出的气体在标况下的体积________。

③丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图，则②线表示的是____的变化，反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要____mL 5mol/LNaOH溶液。

Answer 1

【答案】CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 -128.09 CO2 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ Cu2+ +2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 2.24L Fe2+ 280ml

【解析】

判断燃料电池的电极产物及书写电极反应式时，解题的切入点是H+的迁移方向，由H+的迁移方向，结合电极反应式，可确定电池的正、负极，也就确定了左、右电极发生的反应。

（1）① CO燃烧热的热化学方程式CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1；

② CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 a

H2(g)+O2(g)= H2O(g) △H= -285.8 kJmol-1 b

CH3OH(l)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l) △H= -726.51 kJmol-1 c

将a+2b-c得 CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H= -128.09 kJmol-1；

（2）甲醇燃料电池的正极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，负极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；由H+的迁移方向，我们可推知左侧电极为正极，右侧电极为负极；

①c处产生的气体是CO2；

②负极的电极反应式是CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；

（3）在甲池中，通甲醇的电极为负极，通O2的电极为正极，则A、C为阳极，B、D为阴极；

①乙中B极，首先是溶液中的Cu2+得电子生成Cu，然后是H+得电子生成H2，电极反应式为Cu2+ +2e-=Cu、2H++2e-=H2↑；

②乙中B极发生的反应为：Cu2+ + 2e- = Cu、2H+ + 2e- = H2↑

0.1mol 0.2mol 0.2mol 0.2mol

A极发生的反应为2H2O+4e-=4H++O2↑，

0.4mol 0.1mol

按两电极得失电子的数目相等进行计算，线路中转移的电子应为0.4mol，生成气体0.1mol，析出的气体在标况下的体积2.24L；

③丙装置溶液中，发生的反应为2Fe3++2e-=2Fe2+ Cu-2e-=Cu2+

对照图中线段的变化，可确定①为Fe3+、②为Fe2+、③为Cu2+，则②线表示的是Fe2+的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子Fe2+(0.5mol)、Cu2+(0.2mol)恰好完全沉淀，则需NaOH的物质的量为：0.5mol×2+0.2mol×2=1.4mol，V(NaOH)=。