Question

6．開發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，其中甲醇、甲烷是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池．

（1）已知：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol  ③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol．  甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H₁=-442.0kJ/mol．
（2）可利用甲醇燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池．如圖1，用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，在兩個(gè)電極上分別充入甲醇和氧氣．
①寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若利用該燃料電池提供電源，與圖2右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是B極（填”A”或”B”）；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時(shí)，燃料電池中消耗氧氣的標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12L．
（3）某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)若每個(gè)電池甲烷通入量為1L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過電解池的電量為3.45×10⁴C（法拉第常數(shù)F=9.65×l0⁴C/mol），最多能產(chǎn)生的氯氣體積為4 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（4）電解法可消除甲醇對(duì)水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯除去Co²⁺）現(xiàn)用如圖3所示裝置模擬上述過程，則Co²⁺在陽極的電極反應(yīng)式為Co²⁺-e^-=Co³⁺（或6Co²⁺-6e^-=6Co³⁺）
除去甲醇的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=6Co²⁺+CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式，已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol．
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（2）①燃料電池負(fù)極上市燃料失電子的氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式；
②依據(jù)電鍍?cè)�理分析，待鍍金屬做陰極與電源負(fù)極相連，鍍層金屬做陽極與電源正極相連，含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液；依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算得到；
（3）根據(jù)關(guān)系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂計(jì)算；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol．
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442KJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442KJ/mol；
（2）①燃料電池負(fù)極上是燃料失電子的氧化反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
 ②利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件做電解池的陰極，陰極與電源負(fù)極連接，裝置圖中與甲醇相連的B電極是陰極；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時(shí)，Cu²⁺+2e^-=Cu，電子轉(zhuǎn)移0.2mol，燃料電池中消耗氧氣的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依據(jù)電子守恒計(jì)算消耗氧氣物質(zhì)的量0.05mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
故答案為：B；1.12；
（3）根據(jù)得失電子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每個(gè)電池甲烷通入量為1 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），生成4L Cl₂；電解池通過的電量為$\frac{1L}{22.4L/mol}$×8×9.65×l0⁴C•mol^-1=3.45×10⁴C（題中雖然有兩個(gè)燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個(gè)池的甲烷量計(jì)算）
故答案為：3.45×10⁴C；4；
（4）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)、電化學(xué)的原理和離子方程式的書寫等知識(shí)，學(xué)生要掌握原電池的反應(yīng)原理是解本題的關(guān)鍵，題目難度中等．