Question

【题目】CH3OH是一种无色有刺激性气味的液体，在生产生活中有重要用途，同时也是一种重要的化工原料。

(1)已知CH3OH(g)＋O2(g) CO2(g)＋2H2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是________(填字母)。

a．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程

b．H2的生成速率与CH3OH的消耗速率之比为1∶2

c．化学变化不仅有新物质生成，同时也一定有能量变化

d．1 mol H—O键断裂的同时2 mol C=O键断裂，则反应达最大限度

(2)某温度下，将5 mol CH3OH和2 mol O2充入2 L的密闭容器中，经过4 min反应达到平衡，测得c(O2)＝0.2 mol·L－1，4 min内平均反应速率v(H2)＝________，则CH3OH的转化率为_______________。

(3)CH3OH燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成。则下列说法正确的是________(填序号)。

①电池放电时通入空气的电极为负极

②电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱

③电池放电时每消耗6.4 g CH3OH转移1.2 mol电子

(4)写出CH3OH燃料电池在酸性条件下负极的反应式______________

Answer 1

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

【解析】

(1)由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，反应为放热反应，结合化学反应的本质和平衡的特征分析判断；

(2)某温度下，将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c(O2)=0.2molL-1，则氧气的浓度变化量为：-0.2mol/L=0.8mol/L，再根据三段式分析计算；

(3)CH3OH燃料电池中通入燃料甲醇的电极为负极，通入空气的电极为正极，结合电解质溶液为氢氧化钾分析判断；

(4)负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，酸性条件下生成CO2，据此书写电极反应式。

(1)a．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，为放热反应，故a错误；b．速率之比等于其化学计量数之比，H2的生成速率与CH3OH的消耗速率之比为2∶1，故b错误；c．化学变化的本质是旧的化学键断裂，原子总组合生成新物质，形成新的化学键，化学变化不仅有新物质生成，同时也一定有能量变化，故c正确；d．1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂，分别表示正、逆反应速率，等于化学计量数之比，正逆反应速率相等，反应到达平衡，故d正确；故答案为：cd；

(2)某温度下，将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c(O2)=0.2molL-1，则氧气的浓度变化量为：-0.2mol/L=0.8mol/L，

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

起始浓度(mol/L)：2.5 1 0 0

变化浓度(mol/L)：1.6 0.8 1.6 3.2

平衡浓度(mol/L)：0.9 0.2 1.6 3.2

故v(H2)==0.8mol/(L·min)，CH3OH的转化率=×100%=64%，故答案为：0.8mol/(L·min)；64%；

(3)①CH3OH燃料电池中通入燃料甲醇的电极为负极，通入空气的电极为正极，故①错误；②电池放电时负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子，负极电极反应式为：CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O，电解质溶液的碱性逐渐减弱，故②正确；③6.4gCH3OH的物质的量为=0.2mol，碱性条件下，CH3OH为氧化为CO32-，转移电子为0.2mol×6=1.2mol，故③正确；故答案为：②③；

(4)负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，酸性条件下生成CO2，根据电荷守恒可知，有氢离子生成，负极电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+，故答案为：CH3OH+H2O-6e-═CO2↑+6H+。