Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．（注：“原子经济性”是指，在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中）
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇
反应I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应II：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
上述反应符合“原子经济”原则的是：

 

（填“I”或“Ⅱ”）．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
请写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式

 

（3）甲醇-空气燃料电池，电解质溶液是：20%～30%的KOH溶液．请写出甲醇-空气燃料电池放电时正极的电极反应式．

 

．
（4）如图是一个电化学过程示意图．
①锌片上发生的电极反应式为

 

．
②假设使用甲醇-空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化96g，则燃料电池理论上需要

 

 mol甲醇．

Answer 1

考点：热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，碱溶液中生成碳酸钾，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子；
（4）分析装置图可知是电解池装置，铜做阳极，锌做阴极，依据溶液中的离子放电顺序书写电极 反应，依据电子守恒计算原电池中燃料的物质的量；

解答： 解：（1）根据原子经济知，Ⅰ没有副产物，符合原子经济理念，Ⅱ中有副产物，不符合原子经济理念，
故答案为：I；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算：①-②+③×4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：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1 ；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1 ；
（3）甲醇-空气燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，在碱溶液中生成碳酸盐，氧气在正极得到电子发生还原反应，电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（4）①装置图可知是电解池装置，铜做阳极，锌做阴极，阳极电极反应Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
②使用甲醇-空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化96g，是减少铜的质量，物质的量=

96g

64g/mol

=1.5mol，依据电极反应 Cu-2e^-=Cu²⁺，转移电子物质的量3mol，甲醇电极反应CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，计算得到消耗甲醇物质的量为0.5mol；
故答案为：0.5 mol；

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，原电池，电解池原理的分析判断，电极反应书写式解题关键，题目难度中等．