Question

【題目】甲醇是一種重要的化工原料和新型燃料。

(1)工業(yè)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(guī)律。下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(zhì)的量均為1 mol)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，則曲線Z對應(yīng)的溫度是________；該溫度下上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為________；

(2)下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(chǎn)生的氣體體積相同。

I.甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________ _______

II．乙中反應(yīng)的化學(xué)方程式為______ __ ________；A極析出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________________。

III．丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如下圖，則圖中②線表示的是________的變化；反應(yīng)結(jié)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】

（1）270 ℃；4　

（2）Ⅰ.CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

Ⅱ. 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24 L　

III．Fe2＋；280

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線Z為270℃，

由圖象可知當(dāng)270℃時，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n（H2）：n（CO）=1.5，則

CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)

起始（mol/L） 1 1.5 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.5 1 0.5

平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5

K===4，

故答案為：270℃，4；

（2）Ⅰ．甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：

CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，

故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

Ⅱ．乙屬于電解裝置，A為陽極、B為陰極，開始時電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，一段時間后，當(dāng)銅離子全部參加反應(yīng)后，電解方程式為：2H2OO2↑+2H2↑；工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應(yīng)，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為X，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應(yīng)為：

Cu2++ 2e-=Cu，

0.1mol 0.2mol

2H++2e-=H2↑，

2x x

A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為：

4OH--4e-=2H2O+O2↑，

4x x

根據(jù)得失電子守恒得到0.2+2x=4x，

x=0.1mol

乙中A極析出的氣體是氧氣，物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L，

故答案為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24L；

Ⅲ．根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，故①為Fe3+，②為Fe2+，③為Cu2+，由圖可知電子轉(zhuǎn)移為0.4mol，生成Cu2+物質(zhì)的量為0.2mol，陰極電極反應(yīng)Fe3++e-=Fe2+，反應(yīng)結(jié)束后，溶液中有Fe2+為0.5mol，Cu2+為0.2mol，所以需要加入NaOH溶液0.5×2+0.2×2=1.4mol，所以所需NaOH溶液的體積為1.4/5=0.28L=280mL。

故答案為：Fe2+；280