Question

【題目】甲醇又稱“木醇”，是無色有酒精氣味易揮發的有毒液體。甲醇是重要的化學工業基礎原料和液體燃料，可用于制造甲醛和農藥，并常用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。

（1）工業上可利用CO2和H2生產甲醇，方程式如下：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（l）＋H2O （g） △H＝Q1kJ·mol－1

又查資料得知：①CH3OH（l）＋1/2 O2（g）CO2（g）＋2H2（g） △H＝Q2kJ·mol－1

②H2O（g）=H2O（l） △H= Q3kJ·mol－1，則表示甲醇的燃燒熱的熱化學方程式為______。

某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，其裝置如圖：

（2）為除去飽和食鹽水中的銨根離子，可在堿性條件下通入氯氣，反應生成氮氣。該反應的離子方程式為___________________________________。

（3）過量氯氣用Na2S2O3除去，反應中S2O32-被氧化為SO42-。若過量的氯氣為1×10-3mol，則理論上生成的SO42-為_____________mol。

（4）寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式______________________。

（5）理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如丙圖所示（已換算成標準狀況下的體積），寫出在t1后，石墨電極上的電極反應式____________，原混合溶液中 NaCl的物質的量濃度為___________mol/L。（設溶液體積不變）

（6）當向上述甲裝置中通入標況下的氧氣336mL時，理論上在鐵電極上可析出銅的質量為_____________g。

（7）若使上述電解裝置的電流強度達到5．0A，理論上每分鐘應向負極通入氣體的質量為_____________克。（已知1個電子所帶電量為1．6×10-19C，計算結果保留兩位有效數字）

Answer 1

【答案】CH3OH（l）+3/2 O2（g）== CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（2Q1＋3Q2＋2Q3）kJmol－1 3Cl2+2NH4++8OH-=N2↑+6Cl-+8H2O 5×10-4 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 4OH--4e-=O2↑+2H2O 0.1 1.28 0.016

【解析】

（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算分析得到所需熱化學方程式；

（2）可以根據反應物和生成物正確書寫化學方程式；

（3）依據離子方程式的定量關系計算生成硫酸根離子的量；

（4）在燃料電池的中，負極上是燃料發生失電子的氧化反應，根據電解質環境來書寫電極反應式；

（5）根據電解池的電極反應規律來書寫電解反應，結合電子守恒和離子的量的關系進行計算；

（6）根據n=計算出氧氣的物質的量，再根據丙中圖象判斷銅離子的總物質的量，最后根據m=nM計算出生成銅的質量；

（7）根據Q=It和N=Q/e-結合CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O計算。

（1）根據蓋斯定律，將已知熱化學方程式中的氫氣和水蒸氣消去，得到1mol甲醇完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態水的熱化學方程式是CH3OH（l）+3/2 O2（g）== CO2（g）+2H2O（l） ΔH=（2Q1＋3Q2＋2Q3）kJmol－1；

（2）銨根離子，可在堿性條件下通入氯氣，反應生成氮氣，可知氯氣被還原為Cl-，同時應該有水生成，發生反應的離子方程式為3Cl2+2NH4++8OH-=N2↑+6Cl-+8H2O；

（3）1molS2O32-被氧化為SO42-轉移8mol電子，過量的氯氣為1×10-3mol，完全被還原轉移電子為2×10-3mol，故參加反應的S2O32-為=0.25×10-3mol，生成的SO42-為0．25×10-3mol×2=0.5×10-3mol；

（4）在燃料電池的中，負極上是燃料發生失電子的氧化反應，在堿性環境下，甲醇失電子的過程為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

（5）石墨為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t1前電極反應式為：陽極2Cl--4e-=Cl2↑，t2點后電極反應式為：陽極4OH--4e-=O2↑+2H2O，由圖可知，產生氯氣為224mL，則由2Cl--2e-=Cl2↑可知，n（NaCl）=×2=0.02mol，所以c（NaCl）==0.1mol/L；

（6）標況下的氧氣336mL的物質的量為=0.015mol，轉移電子數為0.015mol×4=0.06mol；陰極析出銅的物質的量為=0.02mol，質量為0.02mol×64g·mol-1=1.28g；

（7）電解裝置的電流強度達到5.0A，每分鐘轉移電子的物質的量為=0.003mol，負極通入氣體的質量為×32g·mol-1=0.016g。