Question

1．甲醇被稱為2l世紀的新型燃料．參考下列圖表和有關(guān)要求回答問題：

（1）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的一種原理是CH₃OH（g）和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂．圖1是該過程中能量變化示意圖，請寫反應(yīng)進程CH₃OH（g）和H₂O（g）反應(yīng)的熱化學方程式CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的另一種反應(yīng)原理是：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=c kJ/mol又知H₂O（g）═H₂O（l）△H=d kJ/mol．則甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+4 H₂O（l）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol．
（3）以CH₃OH燃料電池為電源電解法制取ClO₂．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國際上公認的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
①CH₃OH燃料電池放電過程中，通入O₂的電極附近溶液的pH增大（填“增大”、“減小”、“不變”）．
②圖中電解池用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取 ClO₂．陽極產(chǎn)生 ClO₂的反應(yīng)式為Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．電解一段時間，從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L時（標準狀況，忽略生成的氣體溶解），停止電解，通過陽離子交換膜的陽離子為1mol．
③用平衡移動原理解釋圖2中電解池中陰極區(qū)pH增大的原因：在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動，OH^-濃度增大，pH增大．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)能量圖中生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量，則為吸熱反應(yīng)，結(jié)合熱化學方程式的書寫規(guī)則分析；
（2）依據(jù)已知熱化學方程式，利用蓋斯定律進行計算；
（3）①CH₃OH燃料電池中通入甲醇的一極為負極，通入氧氣的一極為正極，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
②由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時生成氫離子；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，設(shè)生成的氫氣為xmol，由電子守恒可知，ClO₂的物質(zhì)的量為$\frac{2}{5}$xmol，已知從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L，即x-$\frac{2}{5}$x=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$；通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，電子轉(zhuǎn)移守恒計算陽離子的物質(zhì)的量；
③電解時H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動．

解答 解：（1）反應(yīng)能量圖中生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量，則為吸熱反應(yīng)，由圖可知，1mol 甲醇和1mol 水蒸氣反應(yīng)生成CO₂和氫氣吸收的熱量為（a-b）kJ，反應(yīng)熱化學方程式為CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol；
故答案為：CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol；
（2）①CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=c kJ/mol；
②CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol；
 ③H₂O（g）═H₂O（l）△H=d kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算（①×6-②×4+③×4）得到2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol；
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+4 H₂O（l）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol；
（3）①CH₃OH燃料電池中通入甲醇的一極為負極，通入氧氣的一極為正極，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，溶液中氫氧根離子濃度增大，所以pH增大；
故答案為：增大；
②由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時生成氫離子；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，設(shè)生成的氫氣為xmol，由電子守恒可知，ClO₂的物質(zhì)的量為$\frac{2}{5}$xmol，已知從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L，即x-$\frac{2}{5}$x=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$，解得x=0.5mol；故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.5mol×2=1mol；
故答案為：1；
由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；0.01；
③在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動，OH^-濃度增大，pH增大；
故答案為：在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動，OH^-濃度增大，pH增大．

點評 本題考查較為綜合，題目難度中等，題目涉及蓋斯定律的應(yīng)用、電解原理、化學計算等，電解反應(yīng)是難點、易錯點，是對學生綜合能力的考查，需要學生具有扎實的基礎(chǔ)與分析解決問題的能力．