Question

甲醇(CH₃OH)是一种无色液体，在生产生活中有重要用途，同时也是一种重要的化工原料。

(1)已知：2CH₃OH(g)＋O₂(g)⇌2CO₂(g)＋4H₂(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是_____。(填字母)

a.CH₃OH转变成H₂的过程是一个吸收能量的过程

b.H₂的生成速率与CH₃OH的消耗速率之比为1∶2

c.化学反应不仅有新物质生成，同时也一定伴随能量变化

d.2mol甲醇和1mol氧气的总键能大于2mol二氧化碳和4mol氢气的总键能

(2)某温度下，将5molCH₃OH和2molO₂充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c(O₂)=0.4mol/L。则4min内平均反应速率v(H₂)=_____，CH₃OH的转化率为______。(转化率=某反应物转化浓度与该反应物起始浓度的百分比)

(3)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、氧气和KOH溶液构成。该燃料电池的总反应为CH₃OH+O₂+KOH=K₂CO₃+H₂O(未配平)。回答下列问题：

①该电池的正极反应物为______。

②负极的电极反应式为_____。

Answer

c 0.6mol/(L∙min) 48% 氧气 CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

根据图示可知反应为放热反应，分析物质的总能量的大小和键能的大小。根据“三段式”计算出氢气的平均反应速率和转化率。根据燃料电池的原理进行判断。

(1) 根据化学反应：2CH3OH(g)＋O2(g)⇌2CO2(g)＋4H2(g)

a．由图可知，反应物的能量高，生成物的能量低，CH3OH转变成H2的过程是一个放出能量的过程，故a错误；

b．H2的生成速率与CH3OH的消耗速率之比等于化学计量数之比，都为2∶1，故b错误；

c．化学反应不仅有新物质生成，有物质的变化，有化学键的断裂与形成，故一定伴随能量变化，故c正确；

d．反应放热中反应物的键能总和小于生成物的键能总和，因此，2mol甲醇和1mol氧气的总键能小于2mol二氧化碳和4mol氢气的总键能，故d错误；

答案选c；

(2)某温度下，将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c(O2)=0.4mol/L，列出三段式：

故v(H2)==0.6mol/(L∙min)；

CH3OH的转化率=×100%=48%；

(3)CH3OH燃料电池中甲醇在负极失电子发生氧化反应，在碱性条件下生成碳酸根，电极反应为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O，氧气在正极得电子发生还原反应，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-。