Question

甲醇的用途广泛，摩托罗拉公司也开发出一种由甲醇、氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，容量达氢镍电池或锂电池的10倍，可连续使用一个月才充一次电．请完成下列与甲醇有关的问题．
（1）工业上有一种生产甲醇的反应为：
CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-49.0kJ?mol^-1
在温度和容积相同的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，经10秒钟后达到平衡，达到平衡时的有关数据如下表：

容器	A	B
反应物投入量	1mol CO2（g）和3mol H2（g）	1mol CH3OH（g）和3mol H2O（g）
CH3OH（g）浓度（mol?L-1）	c1	c2
反应能量变化	放出29.4kJ	吸收akJ

①从反应开始到达到平衡时，A中用CO₂来表示的平均反应速率为

0.1c₁mol/（L?S）或0.1c₂mol/（L?S）

．
②A中达到平衡时CO₂的转化率为

60%

．③a=

19.6

．
某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL-定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图：

①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后，石墨电极上的电极反应式

4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O

；在t₂时所得溶液的pH为

1

．（假设溶液体积不变）

Answer 1

分析：（1）①根据甲醇的浓度计算二氧化碳的浓度变化量，再根据v=

△c

△t

计算用CO₂来表示的平均反应速率；
②根据反应放出的热量计算参加反应的二氧化碳的物质的量，再利用转化率定义计算；
③恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值；
（2）①甲醇发生氧化反应，在碱性条件下生成碳酸根与水；
②原电池通入甲醇的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 阳极上生成氧气，根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，根据公式计算得出C（H⁺），从而得出溶液的pH．

解答：解：（1）①该反应中甲醇的v=

△c

△t

=

c1

10

mol/(L．s)=0.1c₁ mol/（L．s）或v=

△c

△t

=

c2

10s

mol/(L．s)=0.1mol/（L．s），二氧化碳和甲醇的计量数相同，所以其反应速率相同，即甲醇的反应速率为0.1c₁mol/（L?S） 或0.1c₂mol/（L?S），
故答案为：0.1c₁mol/（L?S） 或0.1c₂mol/（L?S）；
 ②1mol二氧化碳完全反应放出49.0kJ热量，当放出29.4kJ热量时，则参加反应的n（CO₂）=

29.4kJ×1mol

49.0kJ

=0.6mol，所以二氧化碳的转化率=

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案为：60%； 
③恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值，则吸收的热量=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案为：19.6；
（2）①甲醇燃料电池中，在碱性条件下，甲醇失电子生成碳酸根与水，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨电极上的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 阳极上生成氧气，t₁～t₂Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L，阳极上生成112mL氧气需要n（OH^-）=

0.112L×4mol

22.4L

=0.02mol，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1．

点评：本题考查了化学平衡的有关计算、电解池原理等知识点，电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时，明确离子的放电顺序是解本题的关键，难度较大．