Question

12．用CO₂和H₂合成CH₃OH具有重要意義，即可解決環(huán)境問題，又可解決能源危機．
（1）已知：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H═-725.5KJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H═-565.6KJ•mol^-1
請寫出工業(yè)上用CO₂和H₂合成CH₃OH（l）的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-122.9KJ/mol；
（2）甲醇可以作為燃料電池的燃料，使用酸性電解質，該電池負極反應的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
（3）用CH₃OH一空氣燃料電池做電源，用石墨電極電解CuSO₄溶液，則電解總反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，通電一段時間后，向所得溶液中加入8gCuO固體后恰好可使溶液恢復到電解前的濃度和pH，則電解過程中收集到標準狀況下的氣體體積為1.12L．

Answer 1

分析 （1））①CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-565.6kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，②×$\frac{3}{2}$-①得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），據(jù)此計算；
（2）燃料電池的負極是燃料失電子的氧化反應；
（3）用CH₃OH-空氣燃料電池做此裝置的電源．電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，根據(jù)原子守恒計算氧氣的體積．

解答 解：（1）①CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-565.6kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，②×$\frac{3}{2}$-①得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
所以△H=$\frac{3}{2}$×（-565.6KJ/mol）-（-725.5kJ/mol）=-122.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-122.9KJ/mol；
（2）甲醇可以作為燃料電池的燃料，使用酸性電解質，該電池負極反應的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（3）用CH₃OH-空氣燃料電池做此裝置的電源，電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電而析出銅，陽極上電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應式：2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑，向溶液中加入8gCuO固體后可使溶液恢復到電解前的濃度，則陽極上析出氧氣的質量等于氧化銅中氧原子的質量，根據(jù)原子守恒知，氧氣的體積=$\frac{8g}{80g/mol}$=1.12L，故答案為：2Cu²⁺+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+4H⁺+O₂↑；1.12．

點評 本題考查了用蓋斯定律計算反應熱、電化學原理等知識，難度中等，在電化學計算中要巧用守恒法解題．