(2012•天津模拟)甲醇是一种可再生能源,用途广泛,一种由甲醇、氧气以及强碱溶液制成的新型手机电池,容量达氢镍电池或锂

(2012•天津模拟)甲醇是一种可再生能源,用途广泛,一种由甲醇、氧气以及强碱溶液制成的新型手机电池,容量达氢镍电池或锂电池的10倍.回答下列有关问题:
(1)工业上有一种生产甲醇的反应:
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ•mol-1
在某温度下,容积均为1L的A、B两个容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容,经10秒钟后达到平衡,达到平衡时的有关数据如下表:
容器 A B
反应物投入量 1mol CO2(g)和3mol H2(g) 1mol CH3OH(g)和1mol H2O(g)
CH3OH(g)浓度(mol•L-1 c1 c2
反应能量变化 放出29.4kJ 吸收akJ
①从反应开始至达到平衡时,A中用CO2来表示的平均反应速率为______.
②该温度下,反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) 的化学平衡常数的值为______.
③a=______.
④下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是______.
A.升高温度B.充入氢气
C.将水蒸气从体系中分离D.用更有效的催化剂
(2)某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图1:

①写出甲中通入甲醇一极的电极反应式______.
②图2中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系(气体体积已换算成标准状况下的体积),写出电解开始时铁极上的电极反应式______;
t1后石墨电极上的电极反应式______;计算在t2时所得溶液的pH为(忽略电解前后溶液体积的变化)______.
君扬舟流 1年前 已收到1个回答 举报

taopanri 幼苗

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解题思路:(1)①先根据反应中能量变化求出参加反应的CO2的物质的量,然后再根据v=[△c/△t]求出CO2的平均反应速率;
②首先计算出平衡时各物质的浓度,根据K=
c(CH3OH)•c(H20)
c(CO2)•c3(H2)
计算;
③恒温恒容下,容器A与容器B为等效平衡,平衡时对应组分的物质的量、浓度相等,二者起始物质的量等于各物质的化学计量数,放出热量与吸收热量之和等于反应热数值;
④要使n(CH3OH)/n(CO2)增大,应使平衡向正反应方向移动;
(2)①甲醇发生氧化反应,在碱性条件下生成碳酸根与水;
②图1中原电池通入甲醇的为负极,乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu:Cu2++2e-=Cu,故图2中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--4e-=Cl2↑,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,所以t1~t2 阳极上生成氧气,根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量,水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子,根据公式计算得出C(H+),从而得出溶液的pH.

(1)①1mol二氧化碳完全反应放出49.0kJ热量,当放出29.4kJ热量时,则参加反应的n(CO2)=[29.4kJ×1mol/49.0kJ]=0.6mol,CO2的平均反应速率v=[△c/△t]=

△n
V
△t=

0.6mol
1L
10S=0.06mol/(L•S),故答案为:0.06mol/(L•S);
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
初始(mol/L) 1 3 0 0
转化(mol/L) 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡(mol/L) 0.4 1.2 0.6 0.6
根据K=
c(CH3OH)•c(H20)
c(CO2)•c3(H2)=[ 0.6 × 0.6
0.4×1.23=0.12,
故答案为:0.12;
③恒温恒容下,容器A与容器B为等效平衡,平衡时对应组分的物质的量、浓度相等,二者起始物质的量等于各物质的化学计量数,放出热量与吸收热量之和等于反应热数值,则吸收的热量=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ,
故答案为:19.6;
④要使n(CH3OH)/n(CO2)增大,应使平衡向正反应方向移动,
A.因正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则n(CH3OH)/n(CO2)减小,故A错误;
B.充入氢气,平衡向正反应方法移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,.故B正确;
C.将水蒸气从体系中分离,平衡向正反应方法移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确;
D.用更有效的催化剂,平衡不移动,则n(CH3OH)/n(CO2)不变,故D错误.
故答案为:BC;
(2)①甲醇燃料电池中,在碱性条件下,甲醇失电子生成碳酸根与水,电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;
②图1中乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu:Cu2++2e-=Cu;故图2中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--4e-=Cl2↑,t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,所以在t1后,石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O;t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,所以t1~t2 阳极上生成氧气,t1~t2Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L,阳极上生成112mL氧气需要n(OH-)=
0.112L×4mol/22.4L]=0.02mol,水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子,所以n(H+)=0.02mol,c(H+)=[0.02mol/0.2L]=0.1mol/L,所以溶液的pH=1,
故答案为:Cu2++2e-=Cu;4OH--4e-=O2↑+2H2O;1.

点评:
本题考点: 反应速率的定量表示方法;原电池和电解池的工作原理;化学平衡常数的含义;化学平衡的影响因素.

考点点评: 本题考查了化学平衡的有关计算、电解池原理等知识点,电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时,明确离子的放电顺序是解本题的关键,难度较大.

1年前

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