Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。在催化劑的作用下，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化學反應如下：

Ⅰ．CO+2H2CH3OH

Ⅱ．CO2+3H2CH3OH+H2O

Ⅲ．CO2+H2CO+H2O

請回答下列問題：

（1）已知三種物質的標準燃燒熱如下表：

物質	CO(g)	H2(g)	CH3OH(l)
燃燒熱(kJ·mol1)	283.0	285.8	726.51

①書寫25℃、101kPa條件時CO燃燒熱的熱化學方程式______________________。

②計算25℃、101kPa條件時反應Ⅰ的ΔH=_____kJ·mol1 。

（2）甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell）屬于質子交換膜燃料電池，其工作原理如圖所示：

①c處產生的氣體是________。

②負極的電極反應式是____________。

（3）下圖是甲醇燃料電池工作示意圖，其中A，B，D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時A，B兩極上產生的氣體體積相同。

①乙中B極的電極反應式_______。

②乙中A極析出的氣體在標況下的體積________。

③丙裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關系如圖，則②線表示的是____的變化，反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要____mL 5mol/LNaOH溶液。

Answer 1

【答案】CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 -128.09 CO2 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ Cu2+ +2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 2.24L Fe2+ 280ml

【解析】

判斷燃料電池的電極產物及書寫電極反應式時，解題的切入點是H+的遷移方向，由H+的遷移方向，結合電極反應式，可確定電池的正、負極，也就確定了左、右電極發生的反應。

（1）① CO燃燒熱的熱化學方程式CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1；

② CO (g)+O2(g)= CO2(g) △H= -283.0 kJmol-1 a

H2(g)+O2(g)= H2O(g) △H= -285.8 kJmol-1 b

CH3OH(l)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l) △H= -726.51 kJmol-1 c

將a+2b-c得 CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H= -128.09 kJmol-1；

（2）甲醇燃料電池的正極反應式為：O2+4e-+4H+=2H2O，負極反應式為：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；由H+的遷移方向，我們可推知左側電極為正極，右側電極為負極；

①c處產生的氣體是CO2；

②負極的電極反應式是CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；

（3）在甲池中，通甲醇的電極為負極，通O2的電極為正極，則A、C為陽極，B、D為陰極；

①乙中B極，首先是溶液中的Cu2+得電子生成Cu，然后是H+得電子生成H2，電極反應式為Cu2+ +2e-=Cu、2H++2e-=H2↑；

②乙中B極發生的反應為：Cu2+ + 2e- = Cu、2H+ + 2e- = H2↑

0.1mol 0.2mol 0.2mol 0.2mol

A極發生的反應為2H2O+4e-=4H++O2↑，

0.4mol 0.1mol

按兩電極得失電子的數目相等進行計算，線路中轉移的電子應為0.4mol，生成氣體0.1mol，析出的氣體在標況下的體積2.24L；

③丙裝置溶液中，發生的反應為2Fe3++2e-=2Fe2+ Cu-2e-=Cu2+

對照圖中線段的變化，可確定①為Fe3+、②為Fe2+、③為Cu2+，則②線表示的是Fe2+的變化；反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子Fe2+(0.5mol)、Cu2+(0.2mol)恰好完全沉淀，則需NaOH的物質的量為：0.5mol×2+0.2mol×2=1.4mol，V(NaOH)=。