Question

（1）甲醇可作為燃料電池的原料。以CH₄和H₂O為原料，通過下列反應來制備甲醇。
I：CH₄ ( g ) + H₂O ( g )＝CO ( g ) + 3H₂ ( g )  △H ＝+206．0 kJ·mol^－1
II：CO ( g ) + 2H₂ ( g )＝CH₃OH ( g )      △H＝—129．0 kJ·mol^－1
CH₄(g)與H₂O(g)反應生成CH₃OH (g)和H₂(g)的熱化學方程式為                。
（2）甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化。實驗室用右圖裝置模擬上述過程：

①寫出陽極電極反應式                           。
②寫出除去甲醇的離子方程式                        。
（3）寫出以NaHCO₃溶液為介質的Al—空氣原電池的電極負極反應式，負極:           。

Answer 1

（1）CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g）△H=+77．0 kJ?mol^-1
（2）①Co²⁺-e^-=Co³⁺  ②6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺
（3）Al-3e^-+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑

試題分析：（1）已知Ⅰ：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g） △H=+206．0kJ?mol^-1、Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129．0kJ?mol^-1，則依據蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g）△H=+77．0 kJ?mol^-1；
（2）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（3）以NaHCO₃溶液為介質的Al-空氣原電池中鋁做負極失電子發生氧化反應生成鋁離子，在碳酸氫鈉溶液中水解相互促進生成氫氧化鋁和二氧化碳；負極的電極反應式：Al－3e^-＋3HCO₃^-＝Al（OH）₃↓＋3CO₂↑。