Question

CH₃OH 是一种无色有刺激性气味的液体，在生产生活中有重要用途。

Ⅰ.目前工业上有一种方法是用 CO₂ 生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO₂(g) +3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)，该反应的能量变化如图所示：

(1)你认为该反应为_____(填放热或吸热)反应.

(2)恒容容器中，对于以上反应，能加快反应速率的是_____。

a．升高温度    b．充入 He    c．加入催化剂    d．降低压强

Ⅱ. CH₃OH 也是一种重要的燃料，一定条件下发生反应：

2CH₃OH(g)＋3O₂(g) =2 CO₂(g)＋4H₂O(g)。

(3)某温度下，将 4mol CH₃OH 和 6 mol O₂ 充入 2 L 的密闭容器中经过 4 min 反应达到平衡，测得 c(O₂)＝1.5mol·L^－1，4 min 内平均反应速率 υ(H₂O)＝_____。

(4)CH₃OH 燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成。则下列说法正确的是_____(填序号)。

①电池放电时通入空气的电极为负极

②电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱

③电池放电时每消耗 6.4 g CH₃OH 转移 1.2 mol 电子

(5)以 CH₃OH、空气(氧气)、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极构成燃料电池，该电池中负极上的电极反应式是：____________________________。

Answer

放热 ac 0.5mol·(L·min)-1 ②③ CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

Ⅰ.(1)结合反应物和生成物的总能量大小比较判断反应放热或吸热；

(2)根据改变外界条件对化学反应速率的影响进行分析解答；

Ⅱ.(3)根据公式计算O2的化学反应速率，再结合化学计量数与化学反应速率成正比计算H2O的化学反应速率；

(4)、(5)CH3OH燃料电池中，KOH作电解质溶液，CH3OH作负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，O2作正极，得到电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，据此分析解答；

Ⅰ. (1)根据图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，因此该反应为放热反应，故答案为：放热；

(2)恒容容器中，对于反应CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，

a．升高温度，化学反应速率加快，a符合题意；

b．恒容条件下冲入He，各物质的浓度不变，化学反应速率不发生改变，b不符合题意；

c．加入催化剂可降低反应的活化能，化学反应速率加快，c符合题意；

d．降低压强化学反应速率减慢，d不符合题意；

故答案为：ac；

Ⅱ.(3)设4min内O2转化的物质的量为xmol，则有6mol-xmol=1.5mol/L×2L，x=3，则，由化学反应速率与化学计量数成正比可得υ(O2)：υ(H2O)=3：4，则υ(H2O)=υ(O2)=×0.375mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1，故答案为：0.5mol·L-1·min-1；

(4)①根据上述分析可知，电池放电时，O2作正极，即通入空气的电极为正极，①错误；

②电池放电时，电池的总反应为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，电解质溶液的OH-不断被消耗，碱性逐渐减弱，②正确；

③电池放电时，负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，6.4gCH3OH的物质量为6.4g÷32g/mol=0.2mol，每消耗0.2molCH3OH转移0.2mol×6=1.2mol电子，③正确；

故答案为：②③；

(5)根据上述分析可知，CH3OH燃料电池中，KOH作电解质溶液，CH3OH作负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。