Question

甲醇（）是重要的能源物質，研究甲醇具有重要意義。
（1）利用工業廢氣中的可制取甲醇，其反應為：
常溫常壓下已知下列反應的能量變化如圖所示：

寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式：                               
                                        。
（2）為提高甲醇燃料的利用率，科學家發明了一種燃料電池，電池的一個電極通入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是摻入了的 晶體，在高溫下它能傳導離子。電池工作時正極反應為                                                               。
若以該電池為電源，用石墨做電極電解100mL含有如下離子的溶液。

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現象）陽極上收集到氧氣的物質的量為       mol。
（3）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：通電后將氧化成，然后以做氧化劑把水中的甲醇氧化成而凈化。實驗室用下圖裝置模擬上述過程：
①寫出陽極電極反應式                    ；
②除去甲醇的離子反應為：，該過程中被氧化的元素是            ，當產生標準狀況下2.24L時，共轉移電子      mol。

Answer 1

（1）（2分）
（2） （2分）  0.1（2分）
（3）①（2分） ②C或碳（2分）  0.6（2分）

試題分析：（1）左圖中轉化為時能量變化為－41 Kl·mol^－1，右圖中轉化為時能量變化為：419 Kl·mol^－1—510 Kl·mol^－1= －9Kl·mol^－1，則由二氧化碳和氫氣制備甲醇的能量變化為－41 Kl·mol^－1+（－9Kl·mol^－1）=—50 Kl·mol^－1
（2）為提高甲醇燃料的利用率，在燃料電池的一個電極通入空氣，此時空氣作為正極，而甲醇氣體作為負極，正極反應式為：。當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時，說明電解過程分別產生了O₂、Cl₂、H₂，則此時陽極上收集到氧氣的物質的量為0.1mol。
（3）由題意，通電后將氧化成說明所在的電極為陽極，則陽極反應式為：，CH₃OH作為陰極，被氧化，其中被氧化的是甲醇中的C元素，當產生標準狀況下2.24L時，說明共產生了0.1mol，則共轉移電子0.6 mol。
點評：將有機化合物制作成相應的燃料電池，符合綠色化學與可持續發展理念，此種類型的題目為高考重要考點，體現了化學與生活息息相關，也加強了學生的化學設計與探究意識。