Question

【题目】甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。

(1)工业上一般以CO和H2为原料在密闭容器中合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.8 kJ·mol－1。在容积为1 L的恒容容器中，分别研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是________；该温度下上述反应的化学平衡常数为________；

(2)下图是甲醇燃料电池工作的示意图，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。

I.甲中负极的电极反应式为_________ _______

II．乙中反应的化学方程式为______ __ ________；A极析出的气体在标准状况下的体积为________________。

III．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下图，则图中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 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。

Answer 1

【答案】

（1）270 ℃；4　

（2）Ⅰ.CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

Ⅱ. 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24 L　

III．Fe2＋；280

【解析】

试题分析：（1）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，

由图象可知当270℃时，CO的转化率为50%，n（H2）：n（CO）=1.5，则

CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)

起始（mol/L） 1 1.5 0

转化（mol/L） 0.5 1 0.5

平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5

K===4，

故答案为：270℃，4；

（2）Ⅰ．甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：

CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，

故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

Ⅱ．乙属于电解装置，A为阳极、B为阴极，开始时电解反应的化学方程式为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，一段时间后，当铜离子全部参加反应后，电解方程式为：2H2OO2↑+2H2↑；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，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为X，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，电极反应为：

Cu2++ 2e-=Cu，

0.1mol 0.2mol

2H++2e-=H2↑，

2x x

A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：

4OH--4e-=2H2O+O2↑，

4x x

根据得失电子守恒得到0.2+2x=4x，

x=0.1mol

乙中A极析出的气体是氧气，物质的量为0.1mol，在标准状况下的体积为2.24L，

故答案为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24L；

Ⅲ．根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，故①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+，由图可知电子转移为0.4mol，生成Cu2+物质的量为0.2mol，阴极电极反应Fe3++e-=Fe2+，反应结束后，溶液中有Fe2+为0.5mol，Cu2+为0.2mol，所以需要加入NaOH溶液0.5×2+0.2×2=1.4mol，所以所需NaOH溶液的体积为1.4/5=0.28L=280mL。

故答案为：Fe2+；280