Question

5．能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問題，利用化學(xué)反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)多種形式的能量相互轉(zhuǎn)化．請回答以下問題：
（1）甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．已知在常壓下有如下變化：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=akJ/mol
②H₂O（g）═H₂O（l）△H=bkJ/mol
寫出液態(tài)甲醇完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（a+4b） kJ/mol．
（2）可利用甲醇燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池．如圖1，用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，在兩個(gè)電極上分別充入甲醇和氧氣．
①寫出燃料電池正極的電極反應(yīng)式O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．②若利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是B極（填“A”或“B”）；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時(shí)，燃料電池中消耗氧氣的標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12L．

（3）如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖2裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀（電解槽內(nèi)的陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過）．
①該電解槽的陽極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，單位時(shí)間內(nèi)通過陰離子交換膜的離子數(shù)與通過陽離子交換膜的離子數(shù)的比值為1：2．
②從出口D導(dǎo)出的溶液是KOH（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；
（2）①甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性溶液中生成碳酸鹽，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子；
②依據(jù)電鍍原理分析，待鍍金屬做陰極與電源負(fù)極相連，鍍層金屬做陽極與電源正極相連，含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液；依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算得到；
（3）①電解硫酸鉀溶液，電解池中陽極電極反應(yīng)是溶液中氫氧根離子失電子生成氧氣，陰離子交換膜和陽離子交換膜通過的離子根據(jù)電荷守恒分析計(jì)算；
②陰極附近溶液中氫離子得到電子生成氫氣，附近水的電離平衡被破壞，氫氧根離子濃度增大，D處是氫氧化鉀．

解答 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=b kJ/mol
①+②×4得到液態(tài)甲醇完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（a+4b） kJ/mol，
故答案為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（a+4b） kJ/mol；
（2）①用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，在兩個(gè)電極上分別充入甲醇和氧氣，甲醇在負(fù)極失電子在堿溶液中生成鹽，氧氣在正極得到電子生成氫氧根離子，正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件做電解池的陰極，陰極與電源負(fù)極連接，裝置圖中與甲醇相連的B電極是陰極；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時(shí)，Cu²⁺+2e^-=Cu，電子轉(zhuǎn)移0.2mol，燃料電池中消耗氧氣的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依據(jù)電子守恒計(jì)算消耗氧氣物質(zhì)的量0.05mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
故答案為：B；1.12；
（3）①裝置圖分析，與電源正極相連的為陽極，溶液中氫氧根離子失電子生成氧氣，電解槽的陽極反應(yīng)式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，單位時(shí)間內(nèi)通過陰離子交換膜的離子數(shù)與通過陽離子交換膜的離子數(shù)，電解硫酸鉀溶液，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，OH^-被氧化生成O₂，電極方程式為，SO₄^2-通過陰離子交換膜向陽極移動(dòng)，鉀離子通過陽離子交換膜向陰極移動(dòng)，由電荷守恒知鉀離子數(shù)目大于硫酸根離子數(shù)目，通過的離子數(shù)之比1：2；
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；1：2；
②陰極附近溶液中氫離子得到電子生成氫氣，附近水的電離平衡被破壞，氫氧根離子濃度增大，D處是KOH，故答案為：KOH．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)反應(yīng)能量變化，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池和電解池知識，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和電化學(xué)知識的綜合運(yùn)用，注意把握電極的判斷和電極方程式的書寫，為解答該題的關(guān)鍵，結(jié)合兩極轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算，難度中等．