Question

【題目】工業上通常采取CO（g）和H2（g）合成CH3OH（g）

（1）已知某溫度和壓強下

①2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) △H=－566kJ·mol－1

②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) △H=－483.6kJ·mol－1

③2CH2OH(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(g) △H=－1275.6kJ·mol－1

則在相同溫度和壓強下，CO（g）與H2（g）合成CH3OH（g）的熱化學方程式__________。若反應生成6.4g甲醇，則轉移電子的物質的量為__________。

（2）可利用甲醇燃燒反應設計一個燃料電池。如圖1，用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質溶液，在兩個電極上分別充入甲醇和氧氣。

①寫出燃料電池負極的電極反應式__________。

②若利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件應是__________極（填“A”或“B”）；當鐵件的質量增重6.4g時，燃料電池中消耗氧氣的標準狀況下體積為__________L。

（3）電解法可消除甲醇對水質造成的污染，原理是：通電將Co2＋氧化成Co3＋，然后將甲醇氧化成CO2和H＋（用石墨烯除去Co2＋）現用如圖2所示裝置模擬上述過程，則Co2＋在陽極的電極反應式為__________。除去甲醇的離子方程式為__________。

Answer 1

【答案】CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H＝-128.8 kJ/mol 0.8mol CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O B 1.12 Co2+-e-＝Co3+ 6Co3++CH3OH+H2O＝CO2↑+6Co2++6H+

【解析】

（1）已知：

①2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) △H=－566kJ·mol－1

②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) △H=－483.6kJ·mol－1

③2CH2OH(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(g) △H=－1275.6kJ·mol－1

根據蓋斯定律：①×1/2+②-③得：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H＝-128.8 kJ/mol；

若反應生成6.4g甲醇，甲醇的物質的量是6.4g÷32g/mol＝0.2mol，反應中碳元素化合價從+2價降低到－2價，得到4個電子，則轉移電子的物質的量為0.8mol。

（2）①用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質溶液，由于原電池中負極發生失去電子的氧化反應，因此甲醇在負極失電子在堿溶液中生成鹽，負極的電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O；

②利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件做電解池的陰極，陰極與電源負極連接，裝置圖中與甲醇相連的B電極是陰極；當鐵件的質量增重6.4g即0.1mol銅時，根據Cu2++2e-＝Cu可知電子轉移0.2mol，燃料電池中消耗氧氣的電極反應為O2+2H2O+4e-＝4OH-，依據電子守恒計算消耗氧氣物質的量0.05mol，標準狀況下體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；

（3）通電后，將Co2+氧化成Co3+，電解池中陽極失電子發生氧化反應，電極反應為Co2+-e-＝Co3+；以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化，自身被還原為Co2+，反應的離子方程式為：6Co3++CH3OH+H2O＝CO2↑+6Co2++6H+。