Question

18．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．
（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）
反应II：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
上述反应符合“原子经济”原则的是I（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
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
则CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置．

①该电池负极的电极反应为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小（填增大、不变、减小）．
③用该电池作电源，组成如图所示装置（a、b、c、d均为石墨电极），甲容器装250mL0.04mol/L CuSO₄溶液，乙容器装300mL饱和NaCl溶液，写出c电极的电极反应2Cl^--2e^-=Cl₂↑；，常温下，当300mL乙溶液的pH为13时，断开电源，则在甲醇电池中消耗O₂的体积为168mL（标准状况），电解后向甲中加入适量下列某种物质，可以使溶液恢复到原来状态，该物质是CD（填写编号）．
A．CuO        B．CuCO₃　　  C．Cu（OH）₂　　　D．Cu₂（OH）₂CO₃．

Answer 1

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）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃
依据盖斯定律计算（①-②+4×③）×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$+2△H₃，由此分析解答；
（3）①在燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，即CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
②CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，氢氧根离子被消耗；
③c电极上氯离子放电生成氯气；根据转移电子相等计算消耗氧气体积；根据“析出什么加入什么”的原则确定加入物质．

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）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃
依据盖斯定律计算（①-②+4×③）×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$+2△H₃=$\frac{-1275.6kJ/mol-（-566.0kJ/mol）}{2}$=-442.8kJ∕mol，故答案为：-442.8kJ∕mol；
（3）①在燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，即CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
②CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，氢氧根离子被消耗，所以溶液的pH减小，故答案为：减小；   
③c电极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，乙中电池反应式为2NaCl+2H₂O=2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，溶液中生成n（NaOH）=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，转移电子的物质的量=0.03mol，串联电路中转移电子相等，所以消耗氧气体积=$\frac{0.03}{4}$×22.4=168mL；甲中阳极上氢氧根离子放电生成氧气、阴极上铜离子放电生成铜，
n（CuSO₄）=0.25L×0.04mol/L=0.01mol，铜离子完全放电时转移电子0.02mol＜0.04mol，所以阴极上还有部分氢气生成，所以相当于析出CuO和水，可以加入CD使溶液恢复原状，故选CD，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；168；CD．

点评 本题主要考查了根据盖斯定律、原电池和电解池原理来分析解答即可，题目难度不大，注意把握从键能的角度计算反应热的方法．