题目内容
5．能源短缺是人类社会面临的重大问题，利用化学反应可实现多种形式的能量相互转化．请回答以下问题：（1）甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．已知在常压下有如下变化：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=akJ/mol
②H2O（g）═H2O（l）△H=bkJ/mol
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=（a+4b） kJ/mol．
（2）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池．如图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写出燃料电池正极的电极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-．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B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1.12L．
（3）如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）．
①该电解槽的阳极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为1：2．
②从出口D导出的溶液是KOH（填化学式）．
分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）①甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，碱性溶液中生成碳酸盐，正极是氧气得到电子发生还原反应生成氢氧根离子；
②依据电镀原理分析，待镀金属做阴极与电源负极相连，镀层金属做阳极与电源正极相连，含镀层金属离子的电解质溶液；依据电极反应和电子守恒计算得到；
（3）①电解硫酸钾溶液，电解池中阳极电极反应是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，阴离子交换膜和阳离子交换膜通过的离子根据电荷守恒分析计算；
②阴极附近溶液中氢离子得到电子生成氢气，附近水的电离平衡被破坏，氢氧根离子浓度增大，D处是氢氧化钾．
解答 解：（1）①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=a kJ/mol
②H2O（g）=H2O（l）△H=b kJ/mol
①+②×4得到液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=（a+4b） kJ/mol，
故答案为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=（a+4b） kJ/mol；
（2）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，甲醇在负极失电子在碱溶液中生成盐，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
②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，则铁件做电解池的阴极，阴极与电源负极连接，装置图中与甲醇相连的B电极是阴极；当铁件的质量增重6.4g时，Cu2++2e-=Cu，电子转移0.2mol，燃料电池中消耗氧气的电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，依据电子守恒计算消耗氧气物质的量0.05mol，标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
故答案为：B；1.12；
（3）①装置图分析，与电源正极相连的为阳极，溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，电解槽的阳极反应式4OH--4e-=2H2O+O2↑，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数，电解硫酸钾溶液，阳极发生氧化反应，OH-被氧化生成O2，电极方程式为，SO42-通过阴离子交换膜向阳极移动，钾离子通过阳离子交换膜向阴极移动，由电荷守恒知钾离子数目大于硫酸根离子数目，通过的离子数之比1：2；
故答案为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；1：2；
②阴极附近溶液中氢离子得到电子生成氢气，附近水的电离平衡被破坏，氢氧根离子浓度增大，D处是KOH，故答案为：KOH．
点评 本题考查化学反应能量变化，热化学方程式和盖斯定律的计算应用，原电池和电解池知识，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力和电化学知识的综合运用，注意把握电极的判断和电极方程式的书写，为解答该题的关键，结合两极转移电子相等计算，难度中等．
| A． | 18O存在于乙酸乙酯中 | |
| B． | 因为反应是可逆的所以18O有可能出现在乙酸中 | |
| C． | 反应中浓硫酸即是催化剂又是脱水剂 | |
| D． | 若与丙酸反应生成的酯的相对分子质量为102 |
| A． | 合金：都具有金属特性和固定的熔点 | |
| B． | 金属延展性：金属受外力发生形变，但金属键没有被破坏 | |
| C． | 金属导热性：金属内自由电子传递热量 | |
| D． | 用钢材作建材而不是纯铁：钢材的硬度一般比纯铁的硬度大 |
（1）图Ⅰ是1mol NO2（g）和1mol CO（g）反应生成1mol CO2（g）和1mol NO（g）过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是减小（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），△H的变化是不变．请写出NO2和CO反应的热化学方程式：NO2 （g）+CO （g）═CO2 （g）+NO （g）△H=-234 kJ•mol-1．
（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应热化学方程式如下：
①CH3OH（g）+H2O（g）═CO2（g）+3H2（g）△H=+49.0kJ•mol-1
②CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）+2H2（g）△H=-192.9kJ•mol-1
又知③H2O（g）═H2O（l）△H=-44kJ•mol-1，则甲醇蒸汽燃烧为液态水的热化学方程式为CH3OH （g）+$\frac{3}{2}$O2 （g）═CO2 （g）+2 H2O （l）△H=-764.7 kJ•mol-1．
（3）如表所示是部分化学键的键能参数：
| 化学键 | P-P | P-O | O═O | P═O |
| 键能/kJ•mol-1 | a | b | c | x |
为实现“节能减排”和“低碳经济”的一项课题是如何将CO2转化为可利用资源．目前，工业上常用CO2来生产燃料甲醇．现进行如下实验：在体积为l L的密闭恒容容器中，充入l mol CO2和3mol H2，一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ/mol．测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图所示．| A． | 反应开始后，反应要放出能量 | |
| B． | 建立平衡状态时c（N2）＜3 mol/L | |
| C． | 该条件下，平衡时N2的体积分数为$\frac{1}{14}$ | |
| D． | 反应条件变化时，其K值也一定发生变化 |
| A． | 2H2S+SO2═3S+2H2O | B． | Fe+Cu2+═Fe2++Cu | ||
| C． | 2KMnO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K2MnO4+MnO2+O2↑ | D． | 2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑ |
工业电解饱和食盐水模拟装置的结构如图所示：
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