Question

【題目】開發新能源是解決環境污染的重要舉措，其中甲醇、乙醇、甲烷都是優質的清潔燃料，可制作燃料電池。

（1）已知：①C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－1366.8kJ/mol

②2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) ΔH2＝－566.0kJ/mol

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3＝－44 kJ/mol。

乙醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為：______________________。

（2）可利用甲醇燃燒反應設計一個燃料電池。如下圖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）某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后如上圖2作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗若每個電池甲烷通入量為1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量表達式為_____________(法拉第常數F＝9.65×l04C/ mol)，最多能產生的氯氣體積為_____L(標準狀況)。

（4）電解法可消除甲醇對水質造成的污染，原理是：通電將Co2+在陽極氧化成Co3+，生成的Co3+將甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯除去Co2+)，現用如圖3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】 C2H5OH(l)＋2O2(g)＝2CO(g)＋3H2O(l) ΔH1＝－932.8kJ/mol CH3OH－6e－+ 8OH－＝CO32－＋6H2O B 1.12 4 Co2+－e－＝Co3+(或6Co2+－6e－＝6Co3+) 6Co3++CH3OH+H2O＝6Co2++CO2↑+6H+

【解析】（1）已知：①C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－1366.8kJ/mol，②2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) ΔH2＝－566.0kJ/mol，③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3＝－44 kJ/mol。

乙醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為：由蓋斯定律方程式①-②+③×3得到C2H5OH(l)＋2O2(g)＝2CO(g)＋3H2O(l) ΔH1＝（-1366.8kJ·mol－1）-（-566kJ·mol－1）+（-44kJ·mol－1）×3=-－932.8kJ/mol。（2）①CH3OH作還原劑，失電子，燃料電池負極的電極反應式：CH3OH－6e－+ 8OH－＝CO32－＋6H2O；②若利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，B與電池的負極相連，是陰極，A是陽極；在鐵件表面鍍銅，則鐵件應是陰極，故選B。根據得失電子守恒：2Cu～O2，當鐵件的質量增重6.4g時，燃料電池中消耗氧氣6.4g/(2×64g·mol－1)== 0.05mol，標準狀況下體積為22.4L·mol－1×0.05mol=1.12L；（3）根據得失電子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e－～4 mol Cl2，故若每個電池甲烷通入量為1 L（標準狀況），生成4L Cl2；電解池通過的電量為 ×8×9.65×l04C·mol－1=3.45×104C（題中雖然有兩個燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個池的甲烷量計算）。（5）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＋，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H＋，配平書寫離子方程式為：6Co3＋+CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2＋+6H＋。