Question

甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。

(1)工业上一般以CO和H₂为原料在密闭容器中合成甲醇：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)　ΔH＝－90.8 kJ·mol^－1。在容积为1 L的恒容容器中，分别研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下H₂和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是________；该温度下上述反应的化学平衡常数为________；

(2)下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

I.甲中负极的电极反应式为_________          _______

II．乙中反应的化学方程式为______              __          ________；A极析出的气体在标准状况下的体积为________________。

III．丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如下图，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L^－1 NaOH溶液。

Answer

（1）270 ℃；4

（2）Ⅰ.CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

Ⅱ. 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24 L

III．Fe2＋；280

【解析】

试题分析：（1）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，

由图象可知当270℃时，CO的转化率为50%，n（H2）：n（CO）=1.5，则

CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH(g)

起始（mol/L） 1 1.5 0

转化（mol/L） 0.5 1 0.5

平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5

K===4，

故答案为：270℃，4；

（2）Ⅰ．甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：

CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，

故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

Ⅱ．乙属于电解装置，A为阳极、B为阴极，开始时电解反应的化学方程式为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，一段时间后，当铜离子全部参加反应后，电解方程式为：2H2OO2↑+2H2↑；工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为X，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，电极反应为：

Cu2++ 2e-=Cu，

0.1mol 0.2mol

2H++2e-=H2↑，

2x x

A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：

4OH--4e-=2H2O+O2↑，

4x x

根据得失电子守恒得到0.2+2x=4x，

x=0.1mol

乙中A极析出的气体是氧气，物质的量为0.1mol，在标准状况下的体积为2.24L，

故答案为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24L；

Ⅲ．根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，故①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+，由图可知电子转移为0.4mol，生成Cu2+物质的量为0.2mol，阴极电极反应Fe3++e-=Fe2+，反应结束后，溶液中有Fe2+为0.5mol，Cu2+为0.2mol，所以需要加入NaOH溶液0.5×2+0.2×2=1.4mol，所以所需NaOH溶液的体积为1.4/5=0.28L=280mL。

故答案为：Fe2+；280

考点：考查原电池和电解池的工作原理；电极反应式的书写；原电池的有关计算

【名师点睛】无论属于哪种类型的计算题目，思维模式首先考虑：“以物质的量为中心，依据质量守恒和电子守恒列关系式”。根据化学方程式的有关计算总体原则是：以物质的量为中心，依据质量守恒和电子守恒列关系式。根据化学方程式的计算，多以物质的量为核心，考查物质的量、阿伏伽德罗常数、物质的量浓度、物质的质量、摩尔质量、气体的体积、气体摩尔体积等相关物理量的转化关系，以及反应物的转化率或产物的产率的计算，同时还可以融入多种化学解题思想，比如极值法、差量法、守恒法、讨论法、特殊值法等，是历来高考的重点内容。（1）有关化合价计算题型：首先明确物质中各元素的化合价，依据化合价代数和等于0列关系式；（2）有关化学方程式计算题型：一定要准确找出相关物质之间的计量数关系，如果有一种反应物过量，则应根据量少的反应物来进行计算；如果涉及多步反应，可以根据几个化学方程式找出有关物质的关系式进行计算，使计算简化；如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算；如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。