Question

一種由甲醇、氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，容量達(dá)氫鎳電池或鋰電池的10倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電．請完成下列與甲醇有關(guān)的問題．
（1）工業(yè)上有一種生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-49.0kJ?mol^-1
在溫度和容積相同的A、B兩個容器中，按不同方式投人反應(yīng)物，保持恒溫恒容，經(jīng)10秒鐘后達(dá)到平衡，達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	A	B
反應(yīng)物投入量	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH（g）和1molH2O（g）
CH3OH（g）濃度（mol?L-1）	c1	c2
反應(yīng)能量變化	放出29.4kJ	吸收akJ

①從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率為

 

（用含C₁的表達(dá)式表示）．
②a=

 

．
（2）某同學(xué)設(shè)計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL-定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式

 

②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如丙圖所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₂后，鐵電極上的電極反應(yīng)式

 

；在t₂時所得溶液的pH為

 

．（假設(shè)溶液體積不變）
（3）科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空．如圖丁所示裝置中，以稀土金屬材料做惰性電極，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂0₃的Zr0₂固體，它在高溫下能傳導(dǎo)0^2-離子
①d電極的名稱為

 

．
②如圖戊所示用鉑電極電解足量硫酸銅溶液，b電極上的電極反應(yīng)式為

 

．若電解一段時間后要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，可加入

 

 （填序號）．
a． CuO    b．Cu（OH）₂    c．CuC0₃  d．Cu₂（OH）₂C0₃ ．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,反應(yīng)速率的定量表示方法

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)方程式知，1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49kJ能量，則反應(yīng)放出29.4kJ熱量，則參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量=

29.4kJ

49.0kJ/mol

=0.6mol，根據(jù)方程式知，生成c1mol甲醇需要二氧化碳的物質(zhì)的量為c₁mol/L，從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率=

△c

△t

；
②A、B是等效平衡，則A中放出的熱量與B中吸收的熱量之和為49.0kJ；
（2）①甲是原電池，通入甲醇的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水；
②電解該混合溶液時，陽極上先是氯離子放電生成氯氣、后是氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上先是銅離子放電生成Cu單質(zhì)，所以沒有氣體生成，然后是氫離子放電生成氫氣，根據(jù)圖象知，I為陰極發(fā)生的反應(yīng)、II為陽極發(fā)生的反應(yīng)；
在t₂后，鐵電極上氫離子放電生成氫氣、石墨電極上氫氧根離子放電生成氧氣，實際上是電解水；
（3）①根據(jù)電流方向知，c是正極、d是負(fù)極；
②如圖戊所示用鉑電極電解足量硫酸銅溶液，b電極上銅離子放電生成Cu；若電解一段時間后要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，根據(jù)析出什么加入什么原則加入物質(zhì)即可．

解答： 解：（1）①根據(jù)方程式知，1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49kJ能量，則反應(yīng)放出29.4kJ熱量，則參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量=

29.4kJ

49.0kJ/mol

=0.6mol，根據(jù)方程式知，生成c₁mol甲醇需要二氧化碳的物質(zhì)的量為c₁mol/L，從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時，A中用CO₂來表示的平均反應(yīng)速率=

△c

△t

=

c1mol/L

10s

=0.1c₁ mol/（L?S），
故答案為：0.1c₁ mol/（L?S）；
②A、B是等效平衡，則A中放出的熱量與B中吸收的熱量之和為49.0kJ，則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案為：19.6；
（2）①甲是原電池，通入甲醇的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②電解該混合溶液時，陽極上先是氯離子放電生成氯氣、后是氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上先是銅離子放電生成Cu單質(zhì)，所以沒有氣體生成，然后是氫離子放電生成氫氣，根據(jù)圖象知，I為陰極發(fā)生的反應(yīng)、II為陽極發(fā)生的反應(yīng)，陽極電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑；
在t₂后，鐵電極上氫離子放電生成氫氣、石墨電極上氫氧根離子放電生成氧氣，實際上是電解水，所以溶液pH變化的為t₁-t₂時間段，陽極上生成氧氣體積為（336-224）mL=112mL=0.112L，陽極電極反應(yīng)式為
2H₂O-4e-=4H⁺+O₂↑，根據(jù)2H₂O-4e-=4H⁺+O₂↑知，c（H⁺）=

0.112L 22.4L/mol ×4

0.2L

=0.1mol/L，則溶液的pH=1，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；1；
（3）①根據(jù)電流方向知，c是正極、d是負(fù)極，故答案為：負(fù)極；
②如圖戊所示用鉑電極電解足量硫酸銅溶液，b電極上銅離子放電生成Cu，電極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-═Cu；若電解一段時間后要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，根據(jù)析出什么加入什么原則加入物質(zhì)即可，用惰性電極電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu，所以相當(dāng)于析出的物質(zhì)是CuO，加入CuC0₃，硫酸和CuC0₃反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化碳，二氧化碳逸出，相當(dāng)于加入CuO，所以加入CuO或CuC0₃都可以使溶液恢復(fù)原狀，故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；ac．

點評：本題考查較綜合，涉及等效平衡、電解原理、原電池原理等知識點，側(cè)重考查基本理論，明確電解過程中各個電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意（3）②中加入CuC0₃也能使溶液恢復(fù)原狀，為易錯點．