Question

4．CH₃OH是一种无色有刺激性气味的液体，在生产生活中有重要用途，同时也是一种重要的化工原料．
（1）已知CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）能量变化如图，下列说法正确的是CD
A．CH₃OH转变成H₂的过程是一个吸收能量的过程
B．H₂的生成速率与CH₃OH的消耗速率之比为1：2
C．化学变化不仅有新物质生成，同时也一定有能量变化
D．1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂，则反应达最大限度
（2）某温度下，将5molCH₃OH和2molO₂充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c（O₂）=0.2mol•L^-1，4min内平均反应速度v（H₂）=0.8mol/（L．min）；，则CH₃OH的转化率为64%．
（3）CH₃OH燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气（氧气）、KOH（电解质溶液）构成．则下列说法正确的是12．
A．电池放电时通入空气的电极为负极
B．电池放电时负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-═CO₂↑+2H₂O
C．电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱
D．电池放电时每消耗6.4gCH₃OH转移1.2mol电子
（4）写出甲醇燃料电池在酸性条件下负极的反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）A．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，反应为放热反应；
B．速率之比等于其化学计量数之比；
C．化学变化本质是旧键断裂，原子总组合生成新物质，形成新的化学键；
D．1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂，等于化学计量数之比，反应到达平衡；
（2）某温度下，将5molCH₃OH和2molO₂充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c（O₂）=0.2mol•L^-1，则：
               CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
起始浓度（mol/L）：2.5       1         0       0
变化浓度（mol/L）：1.6       0.8       0.8     3.2
平衡浓度（mol/L）：0.9       0.2       0.8     3.2
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），CH₃OH的转化率=$\frac{甲醇浓度变化量}{甲醇起始浓度}$×100%；
（3）A．原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应；
B．电池放电时负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子，
C．反应会消耗KOH，溶液碱性减弱；
D．碱性条件下，CH₃OH为氧化为CO₃^2-，结合碳元素化合价变化计算转移电子；
（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，酸性条件下生成CO₂，根据电荷守恒可知，有氢离子生成．

解答 解：（1）A．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，反应为放热反应，故A错误；
B．速率之比等于其化学计量数之比，H₂的生成速率与CH₃OH的消耗速率之比为1：2，故B正确；
C．化学变化本质是旧键断裂，原子总组合生成新物质，形成新的化学键，化学变化不仅有新物质生成，同时也一定有能量变化，故C正确；
D．1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂，分别表示正、逆反应速率，等于化学计量数之比，反应到达平衡，故D正确，
故选：CD；
（2）某温度下，将5molCH₃OH和2molO₂充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c（O₂）=0.2mol•L^-1，则：
               CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
起始浓度（mol/L）：2.5       1         0       0
变化浓度（mol/L）：1.6       0.8       1.6     3.2
平衡浓度（mol/L）：0.9       0.2       1.6     3.2
故v（H₂）=$\frac{3.2mol/L}{4min}$=0.8mol/（L．min）；
CH₃OH的转化率=$\frac{1.6mol/L}{2.5mol/L}$×100%=64%，
故答案为：0.8mol/（L．min）；64%；
（3）A．原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再正极通入氧气，故A错误；
B．电池放电时负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子，负极电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，故B错误；
C．反应会消耗KOH，溶液碱性减弱，故C正确；
D．消耗6.4gCH₃OH，其物质的量为$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，碱性条件下，CH₃OH为氧化为CO₃^2-，转移电子为0.2mol×6=1.2mol，故D正确，
故选：CD；
（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，酸性条件下生成CO₂，根据电荷守恒可知，有氢离子生成，负极电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺．

点评 本题考查化学平衡计算、原电池原理、化学反应中能量变化等，题目综合性较强，侧重常考知识点的考查，需要学生熟练掌握基础知识并灵活运用，难度中等．