Question

参考下列图表和有关要求回答问题：

（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的一种原理是CH₃OH(g)和H₂O(g)反应生成CO₂和H₂。右图是该过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，正反应活化能 a的变化是_____ （填“增大”、“减小”、“不变”），反应热△H的变化是_____（填“增大”、“减小”、“不变”）。请写反应进程出CH₃OH(g)和H₂O(g)反应的热化学方程式_____。

（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的另一种反应原理是：

CH₃OH(g)+1/2O₂(g)CO₂(g)+2H₂(g)  △H=c kJ/mol

又知H₂O(g)H₂O(l)  △H=d kJ/mol。

则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为_____。

（3）以CH₃OH燃料电池为电源电解法制取ClO₂。二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。

①CH₃OH燃料电池放电过程中，通入O₂的电极附近溶液的pH=_____，负极反应式为_____。

②图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO₂。阳极产生 ClO₂的反应式为_____。

③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为_____mol。

Answer

（1）减小；不变；CH3OH(g)＋H2O(g)＝CO2(g)＋3H2(g) △H＝＋（a－b）kJ/mol

（2）2CH3OH(g)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(g) △H＝－（4a－4b－6c－4d）kJ/mol

（3）①增大 CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O ②Cl－－5e－＋2H2O＝4H＋＋ClO2↑ ③1

【解析】

试题分析：（1）催化剂降低反应的活化能，加快反应速率，即a减小，但催化剂不能改变活化能，即反应热△H不变。根据图像可知反应热＝akJ/mol－bkJ/mol，所以CH3OH(g)和H2O(g)反应的热化学方程式为CH3OH(g)＋H2O(g)＝CO2(g)＋3H2(g) △H＝＋（a－b）kJ/mol。

（2）已知：①CH3OH(g)+1/2O2(g)CO2(g)+2H2(g) △H=c kJ/mol，②H2O(g)H2O(l) △H=d kJ/mol，③CH3OH(g)＋H2O(g)＝CO2(g)＋3H2(g) △H＝＋（a－b）kJ/mol，则根据盖斯定律可知①×6＋②×4－③×4即可得到甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为2CH3OH(g)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(g) △H＝－（4a－4b－6c－4d）kJ/mol。

（3）以CH3OH燃料电池为电源电解法制取ClO2。二氧化氯（ClO2）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。

①CH3OH燃料电池放电过程中，通入O2的电极是正极，氧气得到电子转化为氢氧根，则附近溶液的pH增大，负极甲醇失去电子，反应式为CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O。

②电解池中阳极失去电子，则阳极氯离子放电，产生ClO2的反应式为Cl－－5e－＋2H2O＝4H＋＋ClO2↑。

③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），多出的气体是氢气，物质的量是0.3mol。设阳极产生的气体是xmol，则根据电子得失守恒可知5x＝（0.3＋x）×2，解得x＝0.2，即转移1mol电子，钠离子通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的阳离子为1mol。

【考点定位】本题主要是考查催化剂对反应速率、反应热的影响、盖斯定律应用及电化学原理的应用

【名师点晴】应对电化学定量计算的三种方法

（1）计算类型：原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

（2）方法技巧：

①根据电子守恒计算：用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

③根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。例如：， (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。