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、请完成以下与甲醇有关的问题：

（1）工业上有一种生产甲醇的反应为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)；ΔH=-49kJ·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：

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___。

②A中达到平衡时CO₂的转化率为___。

③a=___。

（2）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___。

②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如图所示(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___；在t₂时所得溶液的pH约为___。

Answer

0.1c1 mol/ (L·s) 60% 19.6 CH3OH-6e- +80H-=CO32-+6H2O 4OH--4e- =O2↑+2H2O 1

【解析】

(1)①根据甲醇的浓度计算二氧化碳的浓度变化量  再根据速率公式计算CO2 的反应速率；

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离子与水；

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4H++4e - =2H2↑ ，在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。

(1) ①根据表格可知A反应中甲醇的反应速率为v===0.1c1 mol/ (L· s)，根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，所以A中CO2的平均反应速率为0.1c1 mol/ (L·s)；

②根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；ΔH=-49kJ·mol-1，由表中数据可知，反应达到平衡时放出的热量为29.4kJ，所以参加反应的CO2的物质的量为0.6mol，所以A中达到平衡时CO2的转化率为=；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a=反应热-放出的热量=49. 0kJ-29. 4kJ=19. 6kJ，故答案为：19.6；

(2)①由图象可知左图为甲醇燃料电池，在碱性条件下甲醇失电子生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH3OH-6e- +80H-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e- +80H-=CO32-+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，当Cu2+反应完了，水中的H+放电，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--2e- =Cl2↑，t1~t2电极反应放出的气体速率减小了，说明Cl-反应完了，所以t1~t2电极反应式为：阳极4OH--4e- =O2↑+2H2O，t2点后相当于电解水，电极反应式为：阳极4OH--4e- =O2↑+2H2O，阴极4H++4e - =2H2↑，所以在t1后，石墨电极上的电极反应式为4OH--4e- =O2↑+2H2O；t1前电极反应式为：阳极2Cl--2e- =Cl2↑，产生的Cl2为224mL，t2点时阴极2Cu2++4e~=2Cu，Cu2+刚好反应完，阳极4OH--4e- =O2↑+2H2O中O2的体积为336mL-224mL=112mL，消耗OH-为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+) =  =0.1mol/L， 所以溶液的pH=1；答案：4OH--4e- =O2↑+2H2O；1。