Question

16．CH₃OH是一種無色有刺激性氣味的液體，在生產(chǎn)生活中有重要的用途，同時(shí)也是一種重要的化工原料．
Ⅰ（1）已知CH₃OH（g）+O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）能量變化如圖，下列說法正確的是CD
A．CH₃OH轉(zhuǎn)變成H₂的過程是一個(gè)吸收能量的過程
B．H₂生成速率于CH₃OH的消耗速率之比為1：2
C.1molH-O鍵斷裂的同時(shí)2molC=O鍵斷裂，則反應(yīng)達(dá)最大限度
D．該反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，若密度不變則不能證明反應(yīng)達(dá)平衡
（2）某溫度下，將5molCH₃OH和2molO₂充入2L的密閉容器中，經(jīng)過4min反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得c（O₂）=0.2mol•L^-1，4min內(nèi)平均反應(yīng)速度v（H₂）=0.4mol/（L．min），則CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為32%；
ⅡCH₃OH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）、和一定的電解質(zhì)環(huán)境構(gòu)成．
（3）若電解質(zhì)為25%的KOH溶液，電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液的堿性逐漸減弱，電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（4）若電解質(zhì)溶液改為酸溶液，請(qǐng)寫出甲醇燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
（5）最近有人制造了一種新型甲醇燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入CH₃OH，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂0₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子，這個(gè)電池的正極發(fā)生的反應(yīng)式為：O₂+4e^-=4O^2-；固體電解質(zhì)里的O^2-的移動(dòng)方向是：負(fù)極；
（6）與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的倍數(shù)19.4（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 I（1）A．反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，屬于放熱反應(yīng)；
B．速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比；
C.1molH-O鍵斷裂的同時(shí)生成2molC=O鍵，同時(shí)2molC=O鍵斷裂，則反應(yīng)到達(dá)平衡；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，恒容條件下混合氣體密度始終不變；
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（O₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂），計(jì)算參加反應(yīng)氧氣物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)CH₃OH的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算CH₃OH的轉(zhuǎn)化率；
Ⅱ（3）甲醇燃燒是二氧化碳與水，若電解質(zhì)為25%的KOH溶液，生成的二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)，電解質(zhì)溶液的堿性逐漸減弱，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子；
（4）若電解質(zhì)溶液改為酸溶液，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，酸性條件下生成二氧化碳、氫離子；
（5）一種新型甲醇燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入CH₃OH，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子生成O^2-離子，原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)
（6）鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO₄，甲醇燃料電池中負(fù)極通入甲醇，氧化生成CO₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算甲醇燃料電池的理論放電量與鉛蓄電池的倍數(shù)．

解答 解：I（1）A．由圖可知，反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，屬于放熱反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
B．速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則H₂生成速率于CH₃OH的消耗速率之比為2：1，故B錯(cuò)誤；
C.1molH-O鍵斷裂的同時(shí)生成2molC=O鍵，同時(shí)2molC=O鍵斷裂，則反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，恒容條件下混合氣體密度始終不變，密度不變則不能證明反應(yīng)達(dá)平衡，故D正確，
故選：CD；
（2）氧氣濃度變化量為$\frac{2mol}{2L}$-0.2mol/L=0.8mol/L，則v（O₂）=$\frac{0.8mol/L}{4min}$=0.2mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（H₂）=2v（O₂）=0.4mol/（L．min）；
參加反應(yīng)氧氣物質(zhì)的量為2mol-2L×0.2mol/L=1.6mol，則參加反應(yīng)CH₃OH的物質(zhì)的量為1.6mol，故CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6mol}{5mol}$×100%=32%，
故答案為：0.4mol/（L．min）；32%；
Ⅱ（3）甲醇燃燒是二氧化碳與水，若電解質(zhì)為25%的KOH溶液，生成的二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)，電解質(zhì)溶液的堿性逐漸減弱，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：減弱；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（4）若電解質(zhì)溶液改為酸溶液，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，酸性條件下生成二氧化碳、氫離子，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
（5）一種新型甲醇燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入CH₃OH，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子生成O^2-離子，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-=4O^2-，O^2-離子向負(fù)極移動(dòng)，
故答案為：O₂+4e^-=4O^2-；負(fù)極；
（6）鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO₄，甲醇燃料電池中負(fù)極通入甲醇，氧化生成CO₂，相同質(zhì)量提供電子數(shù)目之比為$\frac{1}{207}$×2：$\frac{1}{32}$×6=32：621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的$\frac{621}{32}$=19.4倍，
故答案為：19.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡判斷、化學(xué)反應(yīng)與能量變化、電極反應(yīng)式書寫及原電池有關(guān)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)理解并靈活應(yīng)用，難度中等．