Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．（注：“原子經(jīng)濟性”是指，在化學(xué)品合成過程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計成能把反應(yīng)過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中）
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇
反應(yīng)I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)II：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟”原則的是：

 

（填“I”或“Ⅱ”）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
請寫出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

 

（3）甲醇-空氣燃料電池，電解質(zhì)溶液是：20%～30%的KOH溶液．請寫出甲醇-空氣燃料電池放電時正極的電極反應(yīng)式．

 

．
（4）如圖是一個電化學(xué)過程示意圖．
①鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
②假設(shè)使用甲醇-空氣燃料電池作為本過程中的電源，銅片的質(zhì)量變化96g，則燃料電池理論上需要

 

 mol甲醇．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專題

分析：（1）“原子經(jīng)濟性”是指在化學(xué)品合成過程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計成能把反應(yīng)過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿溶液中生成碳酸鉀，氧氣在正極得到電子生成氫氧根離子；
（4）分析裝置圖可知是電解池裝置，銅做陽極，鋅做陰極，依據(jù)溶液中的離子放電順序書寫電極 反應(yīng)，依據(jù)電子守恒計算原電池中燃料的物質(zhì)的量；

解答： 解：（1）根據(jù)原子經(jīng)濟知，Ⅰ沒有副產(chǎn)物，符合原子經(jīng)濟理念，Ⅱ中有副產(chǎn)物，不符合原子經(jīng)濟理念，
故答案為：I；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算：①-②+③×4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：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1 ；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1 ；
（3）甲醇-空氣燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿溶液中生成碳酸鹽，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（4）①裝置圖可知是電解池裝置，銅做陽極，鋅做陰極，陽極電極反應(yīng)Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
②使用甲醇-空氣燃料電池作為本過程中的電源，銅片的質(zhì)量變化96g，是減少銅的質(zhì)量，物質(zhì)的量=

96g

64g/mol

=1.5mol，依據(jù)電極反應(yīng) Cu-2e^-=Cu²⁺，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量3mol，甲醇電極反應(yīng)CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，計算得到消耗甲醇物質(zhì)的量為0.5mol；
故答案為：0.5 mol；

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計算應(yīng)用，原電池，電解池原理的分析判斷，電極反應(yīng)書寫式解題關(guān)鍵，題目難度中等．