Question

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．请完成下列与甲醇有关的问题．
（1）工业上有一种生产甲醇的反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-49.0kJ?mol^-1
在温度和容积相同的A、B两个容器中，按不同方式投人反应物，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：

容器	A	B
反应物投入量	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH（g）和1molH2O（g）
CH3OH（g）浓度（mol?L-1）	c1	c2
反应能量变化	放出29.4kJ	吸收akJ

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

 

（用含C₁的表达式表示）．
②a=

 

．
（2）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL-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丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₂后，铁电极上的电极反应式

 

；在t₂时所得溶液的pH为

 

．（假设溶液体积不变）
（3）科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空．如图丁所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂0₃的Zr0₂固体，它在高温下能传导0^2-离子
①d电极的名称为

 

．
②如图戊所示用铂电极电解足量硫酸铜溶液，b电极上的电极反应式为

 

．若电解一段时间后要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入

 

 （填序号）．
a． CuO    b．Cu（OH）₂    c．CuC0₃  d．Cu₂（OH）₂C0₃ ．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,反应速率的定量表示方法

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①根据方程式知，1mol二氧化碳完全反应放出49kJ能量，则反应放出29.4kJ热量，则参加反应的二氧化碳的物质的量=

29.4kJ

49.0kJ/mol

=0.6mol，根据方程式知，生成c1mol甲醇需要二氧化碳的物质的量为c₁mol/L，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=

△c

△t

；
②A、B是等效平衡，则A中放出的热量与B中吸收的热量之和为49.0kJ；
（2）①甲是原电池，通入甲醇的电极是负极、通入氧气的电极是正极，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
②电解该混合溶液时，阳极上先是氯离子放电生成氯气、后是氢氧根离子放电生成氧气，阴极上先是铜离子放电生成Cu单质，所以没有气体生成，然后是氢离子放电生成氢气，根据图象知，I为阴极发生的反应、II为阳极发生的反应；
在t₂后，铁电极上氢离子放电生成氢气、石墨电极上氢氧根离子放电生成氧气，实际上是电解水；
（3）①根据电流方向知，c是正极、d是负极；
②如图戊所示用铂电极电解足量硫酸铜溶液，b电极上铜离子放电生成Cu；若电解一段时间后要使电解质溶液恢复到电解前的状态，根据析出什么加入什么原则加入物质即可．

解答： 解：（1）①根据方程式知，1mol二氧化碳完全反应放出49kJ能量，则反应放出29.4kJ热量，则参加反应的二氧化碳的物质的量=

29.4kJ

49.0kJ/mol

=0.6mol，根据方程式知，生成c₁mol甲醇需要二氧化碳的物质的量为c₁mol/L，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=

△c

△t

=

c1mol/L

10s

=0.1c₁ mol/（L?S），
故答案为：0.1c₁ mol/（L?S）；
②A、B是等效平衡，则A中放出的热量与B中吸收的热量之和为49.0kJ，则a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案为：19.6；
（2）①甲是原电池，通入甲醇的电极是负极、通入氧气的电极是正极，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②电解该混合溶液时，阳极上先是氯离子放电生成氯气、后是氢氧根离子放电生成氧气，阴极上先是铜离子放电生成Cu单质，所以没有气体生成，然后是氢离子放电生成氢气，根据图象知，I为阴极发生的反应、II为阳极发生的反应，阳极电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑；
在t₂后，铁电极上氢离子放电生成氢气、石墨电极上氢氧根离子放电生成氧气，实际上是电解水，所以溶液pH变化的为t₁-t₂时间段，阳极上生成氧气体积为（336-224）mL=112mL=0.112L，阳极电极反应式为
2H₂O-4e-=4H⁺+O₂↑，根据2H₂O-4e-=4H⁺+O₂↑知，c（H⁺）=

0.112L 22.4L/mol ×4

0.2L

=0.1mol/L，则溶液的pH=1，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；1；
（3）①根据电流方向知，c是正极、d是负极，故答案为：负极；
②如图戊所示用铂电极电解足量硫酸铜溶液，b电极上铜离子放电生成Cu，电极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu；若电解一段时间后要使电解质溶液恢复到电解前的状态，根据析出什么加入什么原则加入物质即可，用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气、阴极上铜离子放电生成Cu，所以相当于析出的物质是CuO，加入CuC0₃，硫酸和CuC0₃反应生成硫酸铜和二氧化碳，二氧化碳逸出，相当于加入CuO，所以加入CuO或CuC0₃都可以使溶液恢复原状，故答案为：Cu²⁺+2e^-═Cu；ac．

点评：本题考查较综合，涉及等效平衡、电解原理、原电池原理等知识点，侧重考查基本理论，明确电解过程中各个电极上发生的反应是解本题关键，注意（3）②中加入CuC0₃也能使溶液恢复原状，为易错点．