Question

15．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．請回答下列與甲醇有關(guān)的問題．
（1）甲醇分子是極性分子（填“極性”或“非極性”）．
（2）工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-86.6KJ/mol，在T℃時(shí)，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H₂，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是開始時(shí)的$\frac{3}{5}$．
①達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為60%
②下列選項(xiàng)能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有ce
a．2v（H₂）=v（CH₃OH）
b．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
c．容器內(nèi)的壓強(qiáng)保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
e．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
則CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機(jī)電池，可使手機(jī)連續(xù)使用一個月才充一次電．
①該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若以該電池為電源，用石墨做電極電解200mL含有如表離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
濃度（c/mol•L-1）	0.5	2	2	0.5

電解一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時(shí)（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象）陽極上收集到氧氣的質(zhì)量為3.2g．

Answer 1

分析 （1）甲醇分子是極性分子；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，壓強(qiáng)關(guān)系是氣體物質(zhì)的量的關(guān)系；
②依據(jù)平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項(xiàng)；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）①甲醇燃料電池甲醇在負(fù)極失電子，堿溶液中生成碳酸鹽，依據(jù)溶液中氫氧根離子配平電荷守恒；
②根據(jù)原電池原理，正極O₂得到電子生成負(fù)極O^2-；依據(jù)電解原理和溶液中離子放電順序，結(jié)合電子守恒和電極反應(yīng)計(jì)算得到．

解答 解：（1）甲醇分子是甲基和羥基形成的化合物是極性分子；
故答案為：極性；
（2）①工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，在T℃時(shí)，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入Imol CO和2mol H₂，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是開始時(shí)的$\frac{3}{5}$，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式，設(shè)消耗的一氧化碳物質(zhì)的量為x；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1        2         0
變化量（mol） x       2x         x
平衡量（mol）1-x     2-2x         x
1-x+2-2x+x=3×$\frac{3}{5}$x=0.6
一氧化碳轉(zhuǎn)化率=60%；
故答案為：60%；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
a．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，是正反應(yīng)之比，v（H₂）正═2v（CH₃OH）逆，才能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
b．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，說明費(fèi)用正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
c．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量改變，容器內(nèi)的壓強(qiáng)保持不變，氣體物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
d．氣體質(zhì)量不變，體積固定，混合氣體的密度保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
e．氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故F正確；
故答案為：ce；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H═$\frac{b-a-4c}{2}$KJ/mol；
故答案為：$\frac{b-a-4c}{2}$；
（4）①燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是氫氧化鈉溶液，根據(jù)原電池原理，正極電極反應(yīng)是O₂得到電子生成氫氧根離子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負(fù)極電極反應(yīng)：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是氫氧化鈉溶液，根據(jù)原電池原理，正極電極反應(yīng)是O₂得到電子生成氫氧根離子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負(fù)極電極反應(yīng)：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；電解一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相詞條件）的氣體時(shí)（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象），200ml溶液中含有c（Cu²⁺）=0.5mol/L，c（H⁺）=2mol/L，c（Cl^-）=2mol/L，c（SO₄^2-）=0.5mol/L；
陽極氯氣和陰極氫氣相同，設(shè)陽極生成的氧氣物質(zhì)的量為x，陰極上也應(yīng)生成氫氣物質(zhì)的量x
陽極電極反應(yīng)為：2Cl  ^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，
             0.4mol 0.4mol    0.2mol           4x        x
陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
            0.1mol  0.2mol  0.1mol       
      2H⁺+2e^-=H₂↑；                2H⁺+2e^-=H₂↑；   
     0.4mol  0.4mol   0.2mol                 2x    x
依據(jù)電子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x
x=0.1mol
陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量0.1mol，質(zhì)量為3.2g；
故答案為：3.2g．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素、平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，電解池中電子守恒的計(jì)算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．