Question

【題目】(1)工業上一般以CO和H2為原料在密閉容器中合成甲醇：CO(g)＋2H2(g) ===CH3OH(g)　ΔH＝－90.8 kJ·mol－1。在容積為1 L的恒容容器中，分別研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三種溫度下合成甲醇的規律。

如圖是上述三種溫度下H2和CO的起始組成比(起始時CO的物質的量均為1 mol)與CO平衡轉化率的關系，則曲線Z對應的溫度是__________。

(2)如圖是甲醇燃料電池工作的示意圖，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。

Ⅰ.甲中負極的電極反應式為__________________________。

Ⅱ.乙中反應的化學方程式為_________________________________；A極析出的氣體在標準狀況下的體積為________。

Ⅲ.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，則圖中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 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。

Answer 1

【答案】270 ℃ Ⅰ.CH3OH－6e－＋8OH－===＋6H2O 2CuSO4＋2H2O===2Cu＋O2↑＋2H2SO4，2H2O===O2↑＋2H2↑ 2.24 L Fe2＋ 280

【解析】

(1)該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小，因此Z為270 ℃。

(2)Ⅰ.甲中燃料為負極，氧化劑為正極，因此甲醇為負極，在堿性條件下失去電子變為碳酸根和水，因此負極的電極反應式為CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O。

Ⅱ.乙中是先電解硫酸銅溶液，后來再電解水的反應，其化學方程式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，2H2OO2↑＋2H2↑；乙中有硫酸銅物質的量為0.1mol，A為陽極，生成氧氣，B為陰極，先生成銅單質，再生成氫氣，A、B產生的氣體相等，因此根據電子守恒關系，A產生了xmol氧氣，4xmol = 0.1mol×2 + 2xmol，解得x = 0.1mol，V = nVm = 0.1mol×22.4Lmol-1=2.24L。

Ⅲ.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，陽極為銅，銅失去電子變為銅離子，因此①為銅離子，陰極為鐵離子得到電子變為亞鐵離子，因此③為鐵離子減少，②為亞鐵離子增加圖像，因此圖中②線表示的是Fe2＋的變化；根據圖像得出銅離子物質的量為0.2mol，亞鐵離子物質的量為0.5mol，反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，則需要NaOH物質的量為0.2mol×2 + 0.5mol×2 = 1.4mol，則需要5.0 mol·L－1 NaOH溶液。

(1)該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小，因此Z為270 ℃，故答案為：270 ℃。

(2)Ⅰ.甲中燃料為負極，氧化劑為正極，因此甲醇為負極，在堿性條件下失去電子變為碳酸根和水，因此負極的電極反應式為CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O，故答案為：CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O。

Ⅱ.乙中是先電解硫酸銅溶液，后來再電解水的反應，其化學方程式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，2H2OO2↑＋2H2↑；乙中有硫酸銅物質的量為0.1mol，A為陽極，生成氧氣，B為陰極，先生成銅單質，再生成氫氣，A、B產生的氣體相等，因此根據電子守恒關系，A產生了xmol氧氣，4xmol = 0.1mol×2 + 2xmol，解得x = 0.1mol，V = nVm = 0.1mol×22.4Lmol-1=2.24L，故答案為：2.24L。

Ⅲ.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，陽極為銅，銅失去電子變為銅離子，因此①為銅離子，陰極為鐵離子得到電子變為亞鐵離子，因此③為鐵離子減少，②為亞鐵離子增加圖像，因此圖中②線表示的是Fe2＋的變化；根據圖像得出銅離子物質的量為0.2mol，亞鐵離子物質的量為0.5mol，反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，則需要NaOH物質的量為0.2mol×2 + 0.5mol×2 = 1.4mol，則需要5.0 mol·L－1 NaOH溶液，故答案為：280。