问题 问答题

甲醇是一种可再生能源,用途广泛,一种由甲醇、氧气以及强碱溶液制成的新型手机电池,容量达氢镍电池或锂电池的10倍.回答下列有关问题:

(1)工业上有一种生产甲醇的反应:

CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1

在某温度下,容积均为1L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:

容器AB
反应物投入量1mol CO2(g)和3mol H2(g)1mol CH3OH(g)和1mol H2O(g)
CH3OH(g)浓度(mol•L-1c1c2
反应能量变化放出29.4kJ吸收akJ
①从反应开始至达到平衡时,A中用CO2来表示的平均反应速率为______.

②该温度下,反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) 的化学平衡常数的值为______.

③a=______.

④下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是______.

A.升高温度        B.充入氢气

C.将水蒸气从体系中分离    D.用更有效的催化剂

(2)某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图1:

①写出甲中通入甲醇一极的电极反应式______.

②图2中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系(气体体积已换算成标准状况下的体积),写出电解开始时铁极上的电极反应式______;

t1后石墨电极上的电极反应式______;计算在t2时所得溶液的pH为(忽略电解前后溶液体积的变化)______.

答案

(1)①1mol二氧化碳完全反应放出49.0kJ热量,当放出29.4kJ热量时,则参加反应的n(CO2)=

29.4kJ×1mol
49.0kJ
=0.6mol,CO2的平均反应速率v=
△c
△t
=
△n
V
△t
=
0.6mol
1L
10S
=0.06mol/(L•S),故答案为:0.06mol/(L•S);

②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

初始(mol/L)     1             3              0             0

转化(mol/L)   0.6           1.8          0.6          0.6

平衡(mol/L)   0.4           1.2          0.6          0.6

根据K=

c(CH3OH)•c(H20)
c(CO2)•c3(H2)
=
 0.6 × 0.6 
0.4×1.23
=0.12,

故答案为:0.12;

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=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ,

故答案为:19.6;

④要使n(CH3OH)/n(CO2)增大,应使平衡向正反应方向移动,

A.因正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则n(CH3OH)/n(CO2)减小,故A错误;

B.充入氢气,平衡向正反应方法移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,.故B正确;

C.将水蒸气从体系中分离,平衡向正反应方法移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确;

D.用更有效的催化剂,平衡不移动,则n(CH3OH)/n(CO2)不变,故D错误.

故答案为:BC;

(2)①甲醇燃料电池中,在碱性条件下,甲醇失电子生成碳酸根与水,电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;

②图1中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:Cu2++2e-=Cu;故图2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↑,t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,所以在t1后,石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O;t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,所以t1~t2 阳极上生成氧气,t1~t2Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L,阳极上生成112mL氧气需要n(OH-)=

0.112L×4mol
22.4L
=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+)=
0.02mol
0.2L
=0.1mol/L,所以溶液的pH=1,

故答案为:Cu2++2e-=Cu;4OH--4e-=O2↑+2H2O;1.

单项选择题
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