题目内容
甲醇（CH3OH）是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义．
（I）利用工业废气中的CO2可制取甲醇，其反应为：CO2+3H2
CH3OH+H2O常温常压下已知下列反应的能量变化如图1所示：
写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：
（2）为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2-离子．电池工作时正极反应式为 ．
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液．
电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相词条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），阳极上收集到氧气的物质的量为 mol．
（3）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将Co2+氧化成Co+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．实验室用图2装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式 ；
②除去甲醇的离子反应为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+，该过程中被氧化的元素是 ，当产生标准状况下2.24LC02时，共转移电子 mol．
（I）利用工业废气中的CO2可制取甲醇，其反应为：CO2+3H2
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写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：
（2）为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2-离子．电池工作时正极反应式为
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液．
| 离子 | 铜离子 | 氢离子 | 氯离子 | 硫酸根离子 |
| c/mol?L-1 | 1 | 4 | 4 | 1 |
（3）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将Co2+氧化成Co+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．实验室用图2装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式
②除去甲醇的离子反应为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+，该过程中被氧化的元素是
考点：热化学方程式,化学电源新型电池,电解原理
专题：化学反应中的能量变化,电化学专题
分析：（1）分析图象书写热化学方程式，结合盖斯定律计算得到；
（2）根据原电池原理，正极O2得到电子生成负极O2-；依据电解原理和溶液中离子放电顺序，结合电子守恒和电极反应计算得到；
（3）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+；
②依据离子反应中 元素化合价变化分析，6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．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+，依据氧化还原反应电子守恒计算电子转移．
（2）根据原电池原理，正极O2得到电子生成负极O2-；依据电解原理和溶液中离子放电顺序，结合电子守恒和电极反应计算得到；
（3）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+；
②依据离子反应中 元素化合价变化分析，6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．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+，依据氧化还原反应电子守恒计算电子转移．
解答：
解：（1）图象分析书写热化学方程式为：①CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（l）△H=-91KJ/mol；依据盖斯定律②-①得到：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2-离子，根据原电池原理，正极O2得到电子生成负极O2-：O2+4e-=2O2-，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相词条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），100ml溶液中含有c（Cu2+）=1mol/L，c（H+）=4mol/L，c（Cl-）=4mol/L，c（SO42-）=1mol/L；
阳极氯气和阴极氢气相同，设阳极生成的氧气物质的量为x，阴极上也应生成氢气物质的量x
阳极电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑，4OH--4e-=2H2O+O2↑，
0.4mol 0.4mol 0.2mol 4x x
阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，
0.1mol 0.2mol 0.1mol
2H++2e-=H2↑； 2H++2e-=H2↑；
0.4mol 0.4mol 0.2mol 2x x
依据电子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x
x=0.1mol
阳极上收集到氧气的物质的量0.1mol；
故答案为：O2+4e-=2O2-；0.1mol；
（3）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依据离子反应中 元素化合价变化分析，6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．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+，该过程中被氧化的元素是碳元素，依据氧化还原反应电子守恒计算电子转移，产生标准状况下2.24LC02时物质的量为0.1mol，共转移电子0.6mol，故答案为：碳；0.6．
故答案为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2-离子，根据原电池原理，正极O2得到电子生成负极O2-：O2+4e-=2O2-，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相词条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），100ml溶液中含有c（Cu2+）=1mol/L，c（H+）=4mol/L，c（Cl-）=4mol/L，c（SO42-）=1mol/L；
阳极氯气和阴极氢气相同，设阳极生成的氧气物质的量为x，阴极上也应生成氢气物质的量x
阳极电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑，4OH--4e-=2H2O+O2↑，
0.4mol 0.4mol 0.2mol 4x x
阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，
0.1mol 0.2mol 0.1mol
2H++2e-=H2↑； 2H++2e-=H2↑；
0.4mol 0.4mol 0.2mol 2x x
依据电子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x
x=0.1mol
阳极上收集到氧气的物质的量0.1mol；
故答案为：O2+4e-=2O2-；0.1mol；
（3）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依据离子反应中 元素化合价变化分析，6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．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+，该过程中被氧化的元素是碳元素，依据氧化还原反应电子守恒计算电子转移，产生标准状况下2.24LC02时物质的量为0.1mol，共转移电子0.6mol，故答案为：碳；0.6．
点评：本题考查了热化学方程式书写方法和图象分析判断，原电池和电解池原理的分析应用，氧化还原反应的实质，掌握原理是解题关键，题目难度中等．
练习册系列答案
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下列各组离子中，一定能大量共存的是（ ）
| A、加入铝粉有氢气产生的溶液中：Na+、SO42-、C1-、K+ |
| B、pH=0的无色溶液中：Na+、K+、MnO4-、NO3- |
| C、在0.1mol/L的盐酸溶液中：Fe2+、Na+、ClO-、Ca2+ |
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下列各组离子在给定条件下一定能大量共存的是（ ）
| A、无色溶液中：K+、Na+、MnO4-、SO42- |
| B、含有大量NO3-的溶液中：NH4+、I-、SO42-、H+ |
| C、加入Al能放出H2的溶液中：Cl-、SO42-、NO3-、Mg2+ |
| D、在c（H+）=1.0×10-13mol?L-1的溶液中：Na+、SO42-、AlO-2、K+ |
2A（g）═2B（g）+C（g）△H＞0，达平衡时，要使V正降低，应采取（ ）
| A、加压 | B、减压 |
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