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4.CH3OH是一種無色有刺激性氣味的液體,在生產生活中有重要用途,同時也是一種重要的化工原料.
(1)已知CH3OH(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?CO2(g)+2H2(g)能量變化如圖,下列說法正確的是CD
A.CH3OH轉變成H2的過程是一個吸收能量的過程
B.H2的生成速率與CH3OH的消耗速率之比為1:2
C.化學變化不僅有新物質生成,同時也一定有能量變化
D.1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂,則反應達最大限度
(2)某溫度下,將5molCH3OH和2molO2充入2L的密閉容器中,經過4min反應達到平衡,測得c(O2)=0.2mol•L-1,4min內平均反應速度v(H2)=0.8mol•L-1•min-1,則CH3OH的轉化率為64%.
(3)CH3OH燃料電池是目前開發(fā)最成功的燃料電池之一,這種燃料電池由甲醇、空氣(氧氣)、KOH(電解質溶液)構成.則下列說法正確的是CD.
A.電池放電時通入空氣的電極為負極
B.電池放電時負極的電極反應式為CH3OH-6e-═CO2↑+2H2O
C.電池放電時,電解質溶液的堿性逐漸減弱
D.電池放電時每消耗6.4gCH3OH轉移1.2mol電子
①若電解質溶液改為酸溶液,請寫出甲醇燃料電池的負極電極反應式CH3OH-6e-+H2O═CO2↑+6H+
②與鉛蓄電池相比,當消耗相同質量的負極活性物質時,甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的19.4倍(保留一位小數(shù)).
③肼(N2H4)-空氣燃料電池也是一種很有發(fā)展前景、對環(huán)境很友好的堿性電池,該電池放電時,負極的反應式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑.

分析 (1)A、反應物的能量高于生成物的能量,反應是放熱的,反之是吸熱的;
B、化學反應速率之比等于系數(shù)之比;
C、化學變化伴隨物質變化,同時也一定有能量變化;
D、當化學反應得到平衡狀態(tài)時,反應達到了最大限度.
(2)根據(jù)化學反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率,根據(jù)三行式結合轉化率等于變化量和初始量的比值計算轉化率;
(3)根據(jù)電池總反應:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O知,負極甲醇失去電子發(fā)生氧化反應;正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應,根據(jù)電池反應式判斷溶液的pH值變化;
①甲醇燃料電池的負極上是甲醇失電子的氧化反應,據(jù)電解質環(huán)境書寫電極反應式;
②根據(jù)負極上的反應,消耗負極質量減少一樣多時,轉移得電子的物質的量即可;
③肼-氧氣堿性燃料電池中,負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣.

解答 解:(1)A、根據(jù)圖示反應物的能量高于生成物的能量,反應是放熱的,故A錯誤;
B、化學反應速率之比等于系數(shù)之比,H2的生成速率與CH3OH的消耗速率之比為2:1,故B錯誤;
C、化學變化伴隨物質變化,同時也一定有能量變化,故C正確;
D、當化學反應得到平衡狀態(tài)時,反應達到了最大限度,1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂,說明正逆反應速率相等,達到了平衡,故D正確.
故選CD.
(2)經過4min反應達到平衡,測得c(O2)=0.2mol•L-1,氧氣的變化濃度1.0mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L.    
           CH3OH(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?CO2(g)+2H2(g)
初始濃度:2.5         1          0       0
變化濃度:1.6         0.8      1.6     3.2
末態(tài)濃度:0.9         0.2      1.6     3.2
4min內平均反應速度v(H2)=$\frac{3.2mol/L}{4min}$=0.8mol/(L•min),CH3OH的轉化率$\frac{1.6}{2.5}$×100%=64%,故答案為:0.8mol•L-1•min-1;64%;
(3)A、正極氧氣上得電子發(fā)生還原反應,則氧氣參與反應的電極為正極,故A錯誤;
B、放電時,負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應,甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水,電極反應式為CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,故B錯誤;
C、電池總反應:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,反應消耗氫氧根離子,所以反應后溶液的pH減小,堿性減弱,故C正確;
D、甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水,則電極反應式為CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,所以電池放電時每消耗1 mol CH3OH轉移6 mol電子,每消耗6.4gCH3OH轉移1.2mol電子,故D正確;
故選CD;
①甲醇燃料電池的負極上是甲醇失電子的氧化反應,酸性電解質環(huán)境下電極反應式為:CH3OH-6e-+H2O═CO2↑+6H+,故答案為:CH3OH-6e-+H2O═CO2↑+6H+;  
②根據(jù)負極上的電極反應式:CH3OH-6e-+H2O═CO2↑+6H+,消耗1g甲醇,轉移電子的物質的量是$\frac{3}{16}$mol,鉛蓄電池的負極上發(fā)生的反應為:Pb-2e-+SO42-=PbSO4,
消耗1gPb,轉移電子的物質的量是$\frac{2}{207}$mol,所以當消耗相同質量的負極活性物質時,甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的比值是:$\frac{3}{16}:\frac{2}{207}$=19.4,故答案為:19.4;
③肼-氧氣堿性燃料電池中,負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣,電極反應式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑,故答案為:N2H4-4e-+4OH-═N2↑+4H2O.

點評 本題考查了化學反應速率、平衡的有關計算、原電池原理等知識,明確正負極上得失電子及反應類型是解本題關鍵,難點是電極反應式的書寫.

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