Question

【題目】CH3OH 是一種無色有刺激性氣味的液體，在生產(chǎn)生活中有重要用途。

Ⅰ.目前工業(yè)上有一種方法是用 CO2 生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，該反應(yīng)的能量變化如圖所示：

(1)你認(rèn)為該反應(yīng)為_____(填放熱或吸熱)反應(yīng).

(2)恒容容器中，對于以上反應(yīng)，能加快反應(yīng)速率的是_____。

a．升高溫度 b．充入 He c．加入催化劑 d．降低壓強(qiáng)

Ⅱ. CH3OH 也是一種重要的燃料，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

2CH3OH(g)＋3O2(g) =2 CO2(g)＋4H2O(g)。

(3)某溫度下，將 4mol CH3OH 和 6 mol O2 充入 2 L 的密閉容器中經(jīng)過 4 min 反應(yīng)達(dá)到平衡，測得 c(O2)＝1.5mol·L－1，4 min 內(nèi)平均反應(yīng)速率 υ(H2O)＝_____。

(4)CH3OH 燃料電池是目前開發(fā)最成功的燃料電池之一，這種燃料電池由甲醇、空氣(氧氣)、KOH(電解質(zhì)溶液)構(gòu)成。則下列說法正確的是_____(填序號)。

①電池放電時通入空氣的電極為負(fù)極

②電池放電時，電解質(zhì)溶液的堿性逐漸減弱

③電池放電時每消耗 6.4 g CH3OH 轉(zhuǎn)移 1.2 mol 電子

(5)以 CH3OH、空氣(氧氣)、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構(gòu)成燃料電池，該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是：____________________________。

Answer 1

【答案】放熱 ac 0.5mol·(L·min)-1 ②③ CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

Ⅰ.(1)結(jié)合反應(yīng)物和生成物的總能量大小比較判斷反應(yīng)放熱或吸熱；

(2)根據(jù)改變外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響進(jìn)行分析解答；

Ⅱ.(3)根據(jù)公式計算O2的化學(xué)反應(yīng)速率，再結(jié)合化學(xué)計量數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速率成正比計算H2O的化學(xué)反應(yīng)速率；

(4)、(5)CH3OH燃料電池中，KOH作電解質(zhì)溶液，CH3OH作負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，O2作正極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，據(jù)此分析解答；

Ⅰ. (1)根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，因此該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；

(2)恒容容器中，對于反應(yīng)CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，

a．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，a符合題意；

b．恒容條件下沖入He，各物質(zhì)的濃度不變，化學(xué)反應(yīng)速率不發(fā)生改變，b不符合題意；

c．加入催化劑可降低反應(yīng)的活化能，化學(xué)反應(yīng)速率加快，c符合題意；

d．降低壓強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)速率減慢，d不符合題意；

故答案為：ac；

Ⅱ.(3)設(shè)4min內(nèi)O2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，則有6mol-xmol=1.5mol/L×2L，x=3，則，由化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)成正比可得υ(O2)：υ(H2O)=3：4，則υ(H2O)=υ(O2)=×0.375mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1，故答案為：0.5mol·L-1·min-1；

(4)①根據(jù)上述分析可知，電池放電時，O2作正極，即通入空氣的電極為正極，①錯誤；

②電池放電時，電池的總反應(yīng)為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，電解質(zhì)溶液的OH-不斷被消耗，堿性逐漸減弱，②正確；

③電池放電時，負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，6.4gCH3OH的物質(zhì)量為6.4g÷32g/mol=0.2mol，每消耗0.2molCH3OH轉(zhuǎn)移0.2mol×6=1.2mol電子，③正確；

故答案為：②③；

(5)根據(jù)上述分析可知，CH3OH燃料電池中，KOH作電解質(zhì)溶液，CH3OH作負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。