题目内容

6．开发新能源是解决环境污染的重要举措，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．

（1）已知：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ/mol  ③H2O（g）=H2O（l）△H3=-44kJ/mol．  甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H1=-442.0kJ/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写出燃料电池负极的电极反应式CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
②若利用该燃料电池提供电源，与图2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）某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验若每个电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为3.45×104C（法拉第常数F=9.65×l04C/mol），最多能产生的氯气体积为4 L（标准状况）．
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co2+氧化成Co3+，然后将甲醇氧化成CO2和H+（用石墨烯除去Co2+）现用如图3所示装置模拟上述过程，则Co2+在阳极的电极反应式为Co2+-e-=Co3+（或6Co2+-6e-=6Co3+）
除去甲醇的离子方程式为6Co3++CH3OH+H2O=6Co2++CO2↑+6H+．

分析 （1）根据热化学方程式利用盖斯定律计算反应热并书写热化学方程式，已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2=-566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H3=-44kJ/mol．
依据盖斯定律计算（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（2）①燃料电池负极上市燃料失电子的氧化反应，据此书写发生反应的电极反应式；
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）根据关系式1 mol CH4～8 mol e-～4 mol Cl2计算；
（4）通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．

解答 解：（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2=-566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H3=-44kJ/mol．
依据盖斯定律计算（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442KJ/mol，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442KJ/mol；
（2）①燃料电池负极上是燃料失电子的氧化反应，发生反应的电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
 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）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e-～4 mol Cl2，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl2；电解池通过的电量为$\frac{1L}{22.4L/mol}$×8×9.65×l04C•mol-1=3.45×104C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算）
故答案为：3.45×104C；4；
（4）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；故答案为：Co2+-e-=Co3+；
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+，故答案为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．

点评 本题考查热化学、电化学的原理和离子方程式的书写等知识，学生要掌握原电池的反应原理是解本题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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C．标准状况下，22.4 L NO和11.2 L O2混合后气体的分子总数为NA
D．S2和S8的混合物共6.4 g，其中所含硫原子数一定为0.2 NA
14．下列物质一定属于混合物的是（　　）
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1．下列反应的离子方程式正确的是（　　）
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11．根据题意，完成下列问题．
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（2）某温度时，测得0.01mol•L-1的NaOH溶液的pH为11，该溶液与PH=5的HCl溶液等体积混合（混合后溶液体积变化忽略不计），混合后溶液PH=10.7．
（3）常温下，pH=5的H2SO4溶液中由水电离出的H+的浓度为c1；pH=5的Al2（SO4）3溶液中由水电离出的H+的浓度为c2，溶液中$\frac{{c}_{1}}{{c}_{2}}$=1：10000．
（4）常温下，pH=13的Ba（OH）2溶液aL与pH=3的H2SO4溶液bL混合（混合后溶液体积变化忽略不计），若所得混合溶液呈中性，则a：b=1：100．若所得混合溶液pH=12，则a：b=11：90．
18．直接排放含SO2的烟气会形成酸雨，危害环境．某化学实验小组进行如下有关SO2性质的探究活动．

（1）装置A中反应的离子方程式为2H++CaSO3=Ca2++H2O+SO2↑．
（2）选用图1以上装置和药品探究亚硫酸与次氯酸的酸性强弱；
①甲同学认为按照A→C→F→尾气处理顺序连接装置可以证明亚硫酸和次氛酸的酸性强弱，乙同学认为该方案不合理，其理由是二氧化硫通入次氯酸钙溶液发生了氧化还原反应不能证明强酸制备弱酸的原理．
②丙同学设计的合理实脸方案为：按照A→CB、E、D、F→尾气处理（填字母）顺序连接装置．其中装置C的作用是除去HCl气体以免影响后面的实验测得．证明亚硫酸的酸性强于次氯酸的酸性的实验现象是装置D中品红不褪色，F中出现白色沉淀．
（3）利用如图2 的装置A测残液中SO2的含量．量取10.00mL残液于圆底烧瓶中，加热使SO2全部蒸出，用20.00mL 0.1000mol/L的KMnO4标准溶液吸收．充分反应后，再用0.200Omol/L的KI溶液滴定过量的KMnO4，消耗KI溶液25.00mL．
（己知：5SO2+2MnO4-+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+，10I-+2MnO4-+16H+=2Mn2++5I2+8H2O）
①该装置中仪器C的名称为球形冷凝管，水通入C的进口为b．
②残液中SO2的含量为0.25mol/L．
15．食盐是日常生活的必需品，也是重要的化工原料．粗食盐常含有少量Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子，实验室提纯NaCl的流程如图：

提供的试剂：Na2CO3溶液、K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba（NO3）2溶液
（1）从上述提供的试剂中选出适当的试剂除去溶液I中的Ca2+、Mg2+、SO42-离子，滴加顺序依次为NaOH、BaCl2、Na2CO3（只填化学式）．
（2）操作Ⅲ的名称是蒸发结晶，所需用到的仪器主要有铁架台、酒精灯、铁圈、蒸发皿、玻璃棒（填仪器名称）．
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