Question

2．中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電池．甲醇燃料電池的工作原理如圖所示．

（1）該電池工作時(shí)，c口通入的物質(zhì)為O₂；該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．
（2）工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有1.2N_A個(gè)電子轉(zhuǎn)移．
（3）若該電池通入O₂的量為1L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則用此電池來(lái)電解NaCl溶液（惰性電極），最多能產(chǎn)生Cl₂的體積為2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（4）甲醇燃料可以由CO₂催化加氫合成甲醇．該方法很好的解決CO₂廢氣的利用問(wèn)題，具有良好的應(yīng)用前景．已知4.4g CO₂氣體與H₂氣體經(jīng)催化加氫生成CH₃OH氣體和水蒸氣時(shí)放出4.95kJ的能量．該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ/mol，
（5）（4）中的反應(yīng)若在270℃、8MPa和適當(dāng)催化劑的條件下，CO₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到22%，則4.48m³（已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況）的CO₂能合成CH₃OH氣體的物質(zhì)的量是44mol，此過(guò)程中能放出熱量2178 kJ．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，通入氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（2）根據(jù)甲醇電極發(fā)生的反應(yīng)和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算生成氯氣的體積；
（4）依據(jù)題干條件，計(jì)算化學(xué)方程式中的量對(duì)應(yīng)下的反應(yīng)放熱，結(jié)合熱化學(xué)方程式的書寫方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)，對(duì)應(yīng)量的反應(yīng)熱；
（5）依據(jù)轉(zhuǎn)化率結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算得到．

解答 解：（1）①據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，正極通入氧氣，即c口通入的物質(zhì)為氧氣，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料甲醇，發(fā)生反應(yīng)為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，
故答案為：O₂；CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；
②正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺，根據(jù)2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺知，甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{6.4g}{32g/mol}$×6=1.2mol，則轉(zhuǎn)移電子個(gè)數(shù)為1.2N_A，
故答案為：1.2；
（3）該電池通入O₂的電極發(fā)生反應(yīng)：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，產(chǎn)生氯氣的電極上發(fā)生反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得氯氣的體積=$\frac{1L×4}{2}$=2L，故答案為：2；
（4）已知4.4g CO₂氣體與H₂經(jīng)催化加氫生成CH₃OH氣體和水蒸氣時(shí)放出4.95kJ的能量，則1mol二氧化碳全部反應(yīng)放熱49.5KJ；結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法寫出熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；
（5）在270℃、8MPa和適當(dāng)催化劑的條件下，物質(zhì)為氣體，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol，CO₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到22%，則4.48m³（已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況）的CO₂在合成CH₃OH氣體過(guò)程中轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為：$\frac{4.48×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$×22%=44mol，反應(yīng)能放出熱量44mol×49.5KJ/mol=2178KJ；
故答案為：200；2178．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池的工作原理以及電極反應(yīng)式的書寫計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫與計(jì)算、熱化學(xué)方程式的含義、計(jì)算應(yīng)用，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．