题目内容

【题目】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。

Ⅰ.目前工业上有一种方法是用 CO2 生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g),该反应的能量变化如图所示:

(1)你认为该反应为_____(填放热或吸热)反应.

(2)恒容容器中,对于以上反应,能加快反应速率的是_____。

a.升高温度 b.充入 He c.加入催化剂 d.降低压强

Ⅱ. CH3OH 也是一种重要的燃料,一定条件下发生反应:

2CH3OH(g)+3O2(g) =2 CO2(g)+4H2O(g)。

(3)某温度下,将 4mol CH3OH 和 6 mol O2 充入 2 L 的密闭容器中经过 4 min 反应达到平衡,测得 c(O2)=1.5mol·L-1,4 min 内平均反应速率 υ(H2O)=_____。

(4)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_____(填序号)。

①电池放电时通入空气的电极为负极

②电池放电时,电解质溶液的碱性逐渐减弱

③电池放电时每消耗 6.4 g CH3OH 转移 1.2 mol 电子

(5)以 CH3OH、空气(氧气)、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极构成燃料电池,该电池中负极上的电极反应式是:____________________________。

【答案】放热 ac 0.5mol·(L·min)-1 ②③ CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

Ⅰ.(1)结合反应物和生成物的总能量大小比较判断反应放热或吸热;

(2)根据改变外界条件对化学反应速率的影响进行分析解答;

Ⅱ.(3)根据公式计算O2的化学反应速率,再结合化学计量数与化学反应速率成正比计算H2O的化学反应速率;

(4)、(5)CH3OH燃料电池中,KOH作电解质溶液,CH3OH作负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,O2作正极,得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,据此分析解答;

Ⅰ. (1)根据图像可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,因此该反应为放热反应,故答案为:放热;

(2)恒容容器中,对于反应CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g),

a.升高温度,化学反应速率加快,a符合题意;

b.恒容条件下冲入He,各物质的浓度不变,化学反应速率不发生改变,b不符合题意;

c.加入催化剂可降低反应的活化能,化学反应速率加快,c符合题意;

d.降低压强化学反应速率减慢,d不符合题意;

故答案为:ac;

Ⅱ.(3)设4min内O2转化的物质的量为xmol,则有6mol-xmol=1.5mol/L×2L,x=3,则,由化学反应速率与化学计量数成正比可得υ(O2):υ(H2O)=3:4,则υ(H2O)=υ(O2)=×0.375mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1,故答案为:0.5mol·L-1·min-1;

(4)①根据上述分析可知,电池放电时,O2作正极,即通入空气的电极为正极,①错误;

②电池放电时,电池的总反应为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,电解质溶液的OH-不断被消耗,碱性逐渐减弱,②正确;

③电池放电时,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,6.4gCH3OH的物质量为6.4g÷32g/mol=0.2mol,每消耗0.2molCH3OH转移0.2mol×6=1.2mol电子,③正确;

故答案为:②③;

(5)根据上述分析可知,CH3OH燃料电池中,KOH作电解质溶液,CH3OH作负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

练习册系列答案
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(5)将NaHSO4溶液滴入氢氧化钡溶液中至中性的离子反应方程式:_____________________。

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