Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。在催化劑的作用下，利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）合成甲醇的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

Ⅰ．CO+2H2CH3OH

Ⅱ．CO2+3H2CH3OH+H2O

Ⅲ．CO2+H2CO+H2O

請回答下列問題：

（1）已知三種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱如下表：

物質(zhì)	CO（g）	H2（g）	CH3OH（l）
燃燒熱（kJ·mol1）	283.0	285.8	726.5

①書寫25℃、101kPa條件時CO燃燒熱的熱化學(xué)方程式____________。

②計算25℃、101kPa條件時反應(yīng)Ⅰ的ΔH=_____kJ·mol1 。

（2）甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell）屬于質(zhì)子交換膜燃料電池，其工作原理如圖所示：

①c處產(chǎn)生的氣體是_______________；

②負(fù)極的電極反應(yīng)式是_______________。

（3）下圖是甲醇燃料電池工作示意圖，其中A，B，D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時A，B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。

①乙中B極的電極反應(yīng)式_______。

②乙中A極析出的氣體在標(biāo)況下的體積________。

③丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖，則②線表示的是____的變化，反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要____mL 5mol/LNaOH溶液。

（4）蓄電池是一種反復(fù)充電、放電的裝置。有一種蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)如下：NiO2＋Fe＋2H2OFe（OH）2＋Ni（OH）2。

①此蓄電池在充電時，電池負(fù)極應(yīng)與外加電源的________極連接。

②放電時正極的電極反應(yīng)式為_____________________。

（5）按如圖所示裝置進(jìn)行下列不同的操作

①將K1 、K2、 K3分別只關(guān)閉一個，則鐵的腐蝕的速度最快的是只閉合_____（填“K1”或 “K2”或“K3”，下同），為減緩鐵的腐蝕， 只閉合_____，該防護(hù)法稱為______________。

②只閉合K3，當(dāng)鐵棒質(zhì)量減少5.6g時，石墨電極消耗的氣體體積為__________L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

Answer 1

【答案】CO(g)+O2(g)=CO(g) ΔH=283.0 kJ·mol1 -128.09kJ·mol1 CO2 CH3OH+ H2O-6e- = CO2 +6H+ Cu2+ +2e-= Cu，2H+ +2e-= H2↑ 2.24L Fe2+的物質(zhì)的量的變化 280mL 負(fù)極 NiO2+2H2O+2e－＝Ni(OH)2+2OH- K1 K2 外加電源的陰極保護(hù)法 1.12L

【解析】

(1)①25℃、101kPa條件時，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量為燃燒熱.；

②結(jié)合燃燒熱概念書寫燃燒熱的熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律計算得到；

(2)①甲醇燃料電池工作時，陽離子向正極移動；②甲醇燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)為甲醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物為CO2，并得到H+；

(3)①分析可知B電極為電解池的陰極，銅離子得電子生成銅，工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同說明銅離子全部放電后溶液中氫離子放電生成氫氣；

②工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極.上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反，應(yīng)，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣；A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣;陽極電極反應(yīng)和電子守恒計算得到；

③C電極為陽極，D電極為陰極， 根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據(jù)丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu2+生成，因此C電極是Cu做陽極，D電極是石墨做陰極，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線對應(yīng)的離子，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計算;

（4）①此蓄電池在充電時，電池負(fù)極應(yīng)與外加電源的負(fù)極連接；

②放電時，正極上NiO2得到電子反應(yīng)生成Ni(OH)2；

（5）①只閉合K1時鐵連接電源的正極作為電解池的陽極，只閉合K2，鐵連接電源的負(fù)極作為陰極；

②只閉合K3，則形成原電池，為吸氧腐蝕。

（1）①25℃、101kPa條件時CO燃燒熱為283.0 kJ·mol1 ，燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CO(g)+O2(g)=CO(g) ΔH=283.0 kJ·mol1 ；

②I. CO(g)+O2(g)= CO2(g)△H= -283.0 kJ·mol1;

II. H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H= -285.8 kJ·mol1;

Ⅲ. CH3OH(l) +O2(g) = 2H20(l) + CO2(g) △H=-726.51 kJ·mol1;

根據(jù)蓋斯定律計算Ⅰ+Ⅱ2-Ⅲ得到：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-128.09kJ·mol1 ；

(2)①甲醇燃料電池工作時，陽離子向正極移動，由圖可知c極為負(fù)極，則生成的氣體為CO2；

②甲醇燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則甲醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物為CO2，并得到H+，發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH3OH+ H2O-6e- = CO2 +6H+；

(3)①分析可知B電極為電解池的陰極，銅離子得電子生成銅，電極反應(yīng)為:Cu2+ +2e-= Cu，工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同說明銅離子全部放電后溶液中氫離子放電生成氫氣，電極反應(yīng)為2H+ +2e-= H2↑；

②工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應(yīng)，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為X，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應(yīng)為:

Cu2+ +2e-= Cu

0.1mol 0.2mol

2H+ +2e = H2↑，

2x x

A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為:

4OH--4e-=2H2O+O2↑，

4x x

得到0.2+ 2x=4x ， x= 0.1mol

乙中A極析出的氣體是氧氣物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L；

③根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe3+，②為Fe2+，③為Cu2+ ，依據(jù)②計算得到電子轉(zhuǎn)移為0.2mol，當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為0.2mol時，丙中陽極電極反應(yīng)Cu-2e-= C'u2+，生成Cu2+物質(zhì)的量為0.1mol，圖象分析每個單位為0.05mol，陰極電極反應(yīng)Fe3+ +e= Fe2+，溶液中有Fe3+0.2mol， Fe2+ 0.3mol， Cu2+為0.1mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，所以NaOH溶液等體積為= 0.28L = 280mL；

（4）①此蓄電池在充電時，電池負(fù)極應(yīng)與外加電源的負(fù)極連接；

②放電時，正極上NiO2得到電子反應(yīng)生成Ni(OH)2，其電極反應(yīng)式為NiO2+2H2O+2e－＝Ni(OH)2+2OH-；

（5）①將K1 、K2、 K3分別只關(guān)閉一個，根據(jù)圖中信息可知，只閉合K1時鐵連接電源的正極作為電解池的陽極，則鐵的腐蝕的速度最快，為減緩鐵的腐蝕， 只閉合K2，鐵連接電源的負(fù)極作為陰極，該防護(hù)法稱為外加電源的陰極保護(hù)法；

②只閉合K3，則形成原電池，為吸氧腐蝕，根據(jù)電極反應(yīng)Fe-2e-=Fe2+，當(dāng)鐵棒質(zhì)量減少5.6g(即0.1mol)時，石墨電極(電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-)消耗的氣體體積為=1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。