Question

3．參考下列圖表和有關(guān)要求回答問(wèn)題：

（1）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的一種原理是CH₃OH（g）和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂．圖1是該過(guò)程中能量變化示意圖，若在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)活化能 a的變化是減小 （填“增大”、“減小”、“不變”），反應(yīng)熱△H的變化是不變（填“增大”、“減小”、“不變”）．請(qǐng)寫(xiě)反應(yīng)進(jìn)程出CH₃OH（g）和H₂O（g）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的另一種反應(yīng)原理是：
CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=c kJ/mol
又知H₂O（g）═H₂O（l）△H=d kJ/mol．
則甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol．
（3）以CH₃OH燃料電池為電源電解法制取ClO₂．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
①CH₃OH燃料電池放電過(guò)程中，通入O₂的電極附近溶液的pH=增大，負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②圖2中電解池用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取 ClO₂．陽(yáng)極產(chǎn)生 ClO₂的反應(yīng)式為Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑．
③電解一段時(shí)間，從陰極處收集到的氣體比陽(yáng)極處收集到氣體多 6.72L時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），停止電解，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為1mol．

Answer 1

分析 （1）催化劑降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，即a減小，但催化劑不能改變活化能，即反應(yīng)熱△H不變．根據(jù)圖象可知反應(yīng)熱=akJ/mol-bkJ/mol，所以CH₃OH（g）和H₂O（g）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol．
（2）已知：①CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=c kJ/mol，②H₂O（g）=H₂O（l）△H=d kJ/mol，③CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol，則根據(jù)蓋斯定律可知①×6+②×4-③×4即可得到甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol；
（3）以CH₃OH燃料電池為電源電解法制取ClO₂．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，通入O₂的電極是正極，負(fù)極甲醇失去電子在堿溶液中生成碳酸鹽，
①CH₃OH燃料電池放電過(guò)程中，通入O₂的電極是正極，氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為氫氧根，則附近溶液的pH增大，負(fù)極甲醇失去電子在堿溶液中生成碳酸鹽；
②電解池中陽(yáng)極失去電子，則陽(yáng)極氯離子放電，產(chǎn)生ClO₂，結(jié)合電子守恒和電荷守恒配平書(shū)寫(xiě)；
③電解一段時(shí)間，從陰極處收集到的氣體比陽(yáng)極處收集到氣體多 6.72L時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），多出的氣體是氫氣，物質(zhì)的量是0.3mol．設(shè)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體是xmol，則根據(jù)電子得失守恒可知5x=（0.3+x）×2，解得x=0.2，即轉(zhuǎn)移1mol電子，鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，所以通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為1mol．

解答 解：（1）催化劑降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，即a減小，但催化劑不能改變活化能，即反應(yīng)熱△H不變，反應(yīng)能量圖中生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量，則為吸熱反應(yīng)，由圖可知，1mol 甲醇和1mol 水蒸氣反應(yīng)生成CO₂和氫氣吸收的熱量為（a-b）kJ，反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol，
故答案為：減��；不變；CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol；
（2）已知：①CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=c kJ/mol，
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=d kJ/mol，
③CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+（a-b）kJ/mol，
則根據(jù)蓋斯定律可知①×6+②×4-③×4即可得到甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol，
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+4 H₂O（l）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol；
（3）①CH₃OH燃料電池放電過(guò)程中，通入O₂的電極是正極，氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為氫氧根，則附近溶液的pH增大，負(fù)極甲醇失去電子，反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：增大，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；  
②電解池中陽(yáng)極失去電子，則陽(yáng)極氯離子放電，產(chǎn)生ClO₂的反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑；
③電解一段時(shí)間，從陰極處收集到的氣體比陽(yáng)極處收集到氣體多 6.72L時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），多出的氣體是氫氣，物質(zhì)的量=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，設(shè)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體是xmol，則根據(jù)電子得失守恒可知5x=（0.3+x）×2，解得x=0.2，即轉(zhuǎn)移1mol電子，鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，所以通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為1mol，
故答案為：1．

點(diǎn)評(píng) 本題主要是考查催化劑對(duì)反應(yīng)速率、反應(yīng)熱的影響、蓋斯定律應(yīng)用及電化學(xué)原理的應(yīng)用，注意原電池和電解池的原理分析和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．