题目内容
【题目】甲醇的用途广泛,摩托罗拉公司也开发出一种由甲醇、氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池,容量达氢镍电池或锂电池的10倍,可连续使用一个月才充一次电、请完成以下与甲醇有关的问题:
(1)工业上有一种生产甲醇的反应为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);ΔH=-49kJ·mol-1。在温度和容积相同的A、B两个容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容,经10秒钟后达到平衡,达到平衡时的有关数据如下表:
①从反应开始到达到平衡时,A中用CO2来表示的平均反应速率为___。
②A中达到平衡时CO2的转化率为___。
③a=___。
(2)某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图:
①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式___。
②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),写出在t1后,石墨电极上的电极反应式___;在t2时所得溶液的pH约为___。
【答案】0.1c1mol/(L·s) 60% 19.6 CH3OH-6e-+80H-=CO32-+6H2O 4OH--4e-=O2↑+2H2O 1
【解析】
(1)①根据甲醇的浓度计算二氧化碳的浓度变化量再根据速率公式计算CO2 的反应速率;
②根据反应放出的热量计算参加反应的二氧化碳的物质的量,再利用转化率定义计算;
③恒温恒容下,容器A与容器B为等效平衡,平衡时对应组分的物质的量、浓度相等,二者起始物质的量等于各物质的化学计量数,放出热量与吸收热量之和等于反应热数值;
(2)①甲醇发生氧化反应,在碱性条件下生成碳酸根离子与水;
②原电池通入甲醇的为负极,乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,故图丙中I表示阴极产生的气体,II表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--4e-=Cl2↑,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t1~t2电极反应式为: 阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,在根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量,水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子,根据公式计算得出c(H+)从而得出溶液的pH。
(1) ①根据表格可知A反应中甲醇的反应速率为v===0.1c1mol/(L·s),根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),所以A中CO2的平均反应速率为0.1c1mol/(L·s);
②根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);ΔH=-49kJ·mol-1,由表中数据可知,反应达到平衡时放出的热量为29.4kJ,所以参加反应的CO2的物质的量为0.6mol,所以A中达到平衡时CO2的转化率为=;故答案为:60%;
③恒温恒容下,容器A与容器B为等效平衡,平衡时对应组分的物质的量、浓度相等,二者起始物质的量等于各物质的化学计量数,放出热量与吸收热量之和等于反应热数值,则吸收的热量a=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ,故答案为:19.6;
(2)①由图象可知左图为甲醇燃料电池,在碱性条件下甲醇失电子生成碳酸根离子和水,电极反应式为:CH3OH-6e-+80H-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e-+80H-=CO32-+6H2O;
②乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,当Cu2+反应完了,水中的H+放电,故图丙中I表示阴极产生的气体,II表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--2e-=Cl2↑,t1~t2电极反应放出的气体速率减小了,说明Cl-反应完了,所以t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,t2点后相当于电解水,电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,所以在t1后,石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O;t1前电极反应式为:阳极2Cl--2e-=Cl2↑,产生的Cl2为224mL,t2点时阴极2Cu2++4e~=2Cu,Cu2+刚好反应完,阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O中O2的体积为336mL-224mL=112mL,消耗OH-为0.02mol,水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子,所以n(H+)=0.02mol,c(H+)==0.1mol/L,所以溶液的pH=1;答案:4OH--4e-=O2↑+2H2O;1。