Question

(1)甲醇可作為燃料電池的原料。以CH₄和H₂O為原料,通過下列反應來制備甲醇。
Ⅰ:CH₄ (g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g) ΔH="+206.0" kJ·mol^-1
Ⅱ:CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g) ΔH="-129.0" kJ·mol^-1
CH₄(g)與H₂O(g)反應生成CH₃OH (g)和H₂(g)的熱化學方程式為                        。
(2)甲醇對水質會造成一定的污染,有一種電化學法可消除這種污染,其原理是:通電后,將Co²⁺氧化成Co³⁺,然后以Co³⁺作氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化。實驗室用如圖裝置實現上述過程:

①寫出陽極電極反應式:                       。
②寫出除去甲醇的離子方程式:                   。
(3)寫出以NaHCO₃溶液為介質的Al—空氣原電池的負極反應式:               。
(4)人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素,原理如圖:

①電源的負極為   (填“A”或“B”)。
②陽極室中發生的反應依次為                        。
③電解結束后,陰極室溶液的pH與電解前相比將      ;若兩極共收集到氣體13.44 L(標準狀況),則除去的尿素為       g (忽略氣體的溶解)。

Answer 1

(1)CH₄(g)+H₂O(g)=CH₃OH (g)+H₂(g) ΔH="+77.0" kJ·mol^-1
(2)①Co²⁺-e^-=Co³⁺
②6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺
(3) Al-3e^-+3HC=Al(OH)₃↓+3CO₂↑
(4)①B ②2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO(NH₂)₂+3Cl₂+H₂O=CO₂+N₂+6HCl
③不變 7.2

(1)Ⅰ:CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g) ΔH="+206.0" kJ·mol^-1
Ⅱ:CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g) ΔH="-129.0" kJ·mol^-1
Ⅰ+Ⅱ得:CH₄(g)+H₂O(g)=CH₃OH(g)+H₂(g) ΔH="+77.0" kJ·mol^-1
(2)根據反應原理,通電后,將Co²⁺氧化成Co³⁺,然后以Co³⁺作氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化,則通電時Co²⁺失電子,陽極的電極反應式為Co²⁺-e^-=Co³⁺。除去甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺。
(3)Al—空氣原電池鋁作負極,失電子生成鋁離子,和碳酸氫鈉反應生成氫氧化鋁和二氧化碳。負極:Al-3e^-+3HC=Al(OH)₃↓+3CO₂↑。
(4)①由圖可知產生Cl₂的電極為陽極,故A為正極,B為負極。②陽極室發生的反應首先為2Cl^--2e^-=Cl₂↑。由產物CO₂、N₂可知CO(NH₂)₂在此室被氧化,Cl₂被還原,故反應為CO (NH₂)₂+3Cl₂+H₂O=CO₂+N₂+6HCl。③陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑,同時陽極室HCl電離出的H⁺通過質子交換膜進入陰極室,從而使陰極室H⁺濃度保持不變,即pH與電解前相比不變。兩極共收集到的氣體n(氣體)=="0.6" mol,由:
CO(NH₂)₂～3Cl₂～3H₂～CO₂～N₂
60 g     5 mol
m[CO(NH₂)₂]   0.6 mol
得:m[CO(NH₂)₂]=="7.2" g。