Question

19．甲醇又稱“木醇”，是無色有酒精氣味易揮發(fā)的有毒液體．甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和液體燃料，可用于制造甲醛和農(nóng)藥，并常用作有機(jī)物的萃取劑和酒精的變性劑等．
（1）工業(yè)上可利用CO₂和H₂生產(chǎn)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）+$\frac{1}{2}$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(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃）kJ•mol^-1．
某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)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(yīng)生成氮?dú)猓�該反�?yīng)的離子方程式為3Cl₂+2NH₄⁺+8OH^-=N₂↑+6Cl^-+8H₂O．
（3）過量氯氣用Na₂S₂O₃除去，反應(yīng)中S₂O₃^2-被氧化為SO₄^2-．若過量的氯氣為1×10^-3mol，則理論上生成的SO₄^2-為5×10^-4mol．
（4）寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（5）理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如丙圖所示（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，原混合溶液中 NaCl的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L．（設(shè)溶液體積不變）
（6）當(dāng)向上述甲裝置中通入標(biāo)況下的氧氣336mL時(shí)，理論上在鐵電極上可析出銅的質(zhì)量為1.28g．
（7）若使上述電解裝置的電流強(qiáng)度達(dá)到5.0A，理論上每分鐘應(yīng)向負(fù)極通入氣體的質(zhì)量為0.017克．（已知1個(gè)電子所帶電量為1.6×10^-19C，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）可以根據(jù)反應(yīng)物和生成物正確書寫化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)離子方程式的定量關(guān)系計(jì)算生成硫酸根離子的量；
（4）在燃料電池的中，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境來書寫電極反應(yīng)式；
（5）根據(jù)電解池的電極反應(yīng)規(guī)律來書寫電解反應(yīng)，結(jié)合電子守恒和離子的量的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算；
（6）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算出氧氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)丙中圖象判斷銅離子的總物質(zhì)的量，最后根據(jù)m=nM計(jì)算出生成銅的質(zhì)量；
（7）根據(jù)Q=It和N=$\frac{Q}{e}$結(jié)合CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O計(jì)算．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O （g）△H=Q₁kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=Q₂kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=Q₃kJ•mol^-1，依據(jù)蓋斯定律①×2+②×3+③×2得到：
表示甲醇的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃） kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃） kJ•mol^-1；
（2）電解后的堿性溶液是氫氧化鈉溶液，生成物是氮?dú)狻⒙然�鈉、水．反應(yīng)的離子方程式為：3Cl₂+2NH₄⁺+8OH^-═N₂↑+6Cl^-+8H₂O，
故答案為：3Cl₂+2NH₄⁺+8OH^-=N₂↑+6Cl^-+8H₂O；
（3）過量氯氣用Na₂S₂O₃除去，反應(yīng)中S₂O₃^2-被氧化為SO₄^2-．反應(yīng)的離子方程式為：4Cl₂+5H₂O+S₂O₃^2-═2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺；若過量的氯氣為10^-3mol/L，則依據(jù)離子方程式的定量關(guān)系計(jì)算得到生成硫酸根離子物質(zhì)的量=5×10^-4mol/L，
故答案為：5×10^-4；
（4））在燃料電池的中，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，甲醇失電子的過程為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+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(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
由圖可知，產(chǎn)生氯氣為224mL，則由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
通甲醇的電極是負(fù)極，所以石墨電極是陰極，該極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙中石墨電極為陽極、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(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯氣為224ml，物質(zhì)的量為0.01mol，原溶液中氯化鈉物質(zhì)的量為0.02mol，氯化鈉濃度為：$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；0.1；
（6）標(biāo)準(zhǔn)狀況下336mL氧氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，0.015mol氧氣完全反應(yīng)得到電子的物質(zhì)的量為：0.015mol×4=0.06mol，
由丙中t₂時(shí)生成氧氣為112mL，則生成氧氣的物質(zhì)的量為：n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，則共轉(zhuǎn)移電子為：0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根據(jù)電子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，
所以理論上在鐵電極上可析出銅的物質(zhì)的量為0.02mol，質(zhì)量為：64g/mol×0.02mol=1.28g，
故答案為：1.28；
（7）根據(jù)Q=It=5.0A×60s=300C，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{300}{1.6×1{0}^{-19}}$=1.875×10²¹個(gè)，
由CH₃OH～6e^-
 32g    6×6.02×10²³個(gè)
  m    1.875×10²¹個(gè)
m=$\frac{32g×1.875×1{0}^{21}}{6×6.02×1{0}^{23}}$=0.017g，
故答案為：0.017．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、原電池和電解池工作原理，題目難度較大，注意掌握蓋斯定律的含義及應(yīng)用方法，明確原電池、電解池工作原理為解答關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．