Question

甲醇又称“木醇”，是无色有酒精气味易挥发的有毒液体。甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。

（1）工业上可利用CO₂和H₂生产甲醇，方程式如下：

CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(l)＋H₂O (g)  △H＝Q₁kJ·mol^－1

又查资料得知：①CH₃OH(l)＋1/2 O₂(g) CO₂(g)＋2H₂(g) △H＝Q₂kJ·mol^－1

②H₂O(g)=H₂O(l)  △H=Q₃kJ·mol^－1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为                                      。

（2）为除去饱和食盐水中的铵根离子，可在碱性条件下通入氯气，反应生成氮气。该反应的离子方程式为___________________________________。

（3）过量氯气用Na₂S₂O₃除去，反应中S₂O₃^2-被氧化为SO₄^2-。若过量的氯气为1×10^-3mol，则理论上生成的SO₄^2-为________mol。

某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图：

（4）写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式________________________________。

（5）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（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____________，原混合溶液中 NaCl的物质的量浓度为________mol/L。（设溶液体积不变）

（6）当向上述甲装置中通入标况下的氧气336mL时，理论上在铁电极上可析出铜的质量为_______g。

（7）若使上述电解装置的电流强度达到5.0A，理论上每分钟应向负极通入气体的质量为_____克。（已知1个电子所带电量为1.6×10^-19C，计算结果保留两位有效数字）

Answer

（1）CH3OH(l)＋3/2 O2(g) = CO2(g)＋2H2O(l) △H＝（2Q1+3Q2+2Q3）kJ·mol－1；

（2）3Cl2+2NH4++8OH-═N2↑+6Cl-+8H2O；（3）5×10-4

（4）CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；（5）4OH--4e-=O2↑+2H2O；0.1

（6）1.28（7）0.016

【解析】

试题分析：（1）①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(l)＋H2O (g) △H＝Q1kJ·mol－1，②CH3OH(l)＋1/2 O2(g) CO2(g)＋2H2(g) △H＝Q2kJ·mol－1，③H2O(g)=H2O(l) △H=Q3kJ·mol－1，燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，根据盖斯定律①×2+②×3+③×2，得CH3OH(l)＋3/2 O2(g) = CO2(g)＋2H2O(l) △H＝（2Q1+3Q2+2Q3）kJ·mol－1；

（2）为除去饱和食盐水中的铵根离子，可在碱性条件下通入氯气，反应生成氮气，反应的离子方程式为：3Cl2+2NH4++8OH-═N2↑+6Cl-+8H2O；

（3）过量氯气用Na2S2O3除去，反应中S2O32-被氧化为SO42-，反应的离子方程式为：4Cl2+5H2O+S2O32-═2SO42-+8Cl-+10H+；若过量的氯气为10-3mol，则理论上生成的SO42-为5×10-4mol；

（4）甲中通入甲醇，在碱性环境下，甲醇发生的反应为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

（5）石墨为阳极、铁电极为阴极，开始时Cl-在阳极反应生成氯气，阴极Cu2+反应生成Cu，则图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，则t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，t1后阳极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl--2e-=Cl2↑可知，n（NaCl）=0.224/22.4×2=0.02mol，所以c（NaCl）=0.02/0.2=0.1mol/L；

（6）图丙中t2时生成氧气为112mL，n（O2）=0.112/22.4=0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，根据Cu2++2e-=Cu可知，n（CuSO4）=0.04/2=0.02mol，当向上述甲装置中通入标况下的氧气336mL时，转移电子0.06mol，说明铜已完全析出，则理论上在铁电极上可析出铜的质量为0.02×64=1.28g；

（7）若使上述电解装置的电流强度达到5.0A，则每分钟通过的电量为300 C，通过的电子的物质的量为(300/1.6×10-19)÷(6.02×1023)=0.0031mol，根据CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O可知，需通入甲醇的物质的量为0.0031/6=0.0005mol，质量为0.0005×32=0.016g。

考点：反应热，原电池、电解池原理