Question

【題目】甲醇是一種重要的化工原料和新型燃料。

(1)工業上一般以CO和H2為原料在密閉容器中合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.8 kJ·mol－1。在容積為1 L的恒容容器中，分別研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三種溫度下合成甲醇的規律。下圖是上述三種溫度下H2和CO的起始組成比(起始時CO的物質的量均為1 mol)與CO平衡轉化率的關系，則曲線Z對應的溫度是________；該溫度下上述反應的化學平衡常數為________；

(2)下圖是甲醇燃料電池工作的示意圖，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同。

I.甲中負極的電極反應式為_________ _______

II．乙中反應的化學方程式為______ __ ________；A極析出的氣體在標準狀況下的體積為________________。

III．丙裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關系如下圖，則圖中②線表示的是________的變化；反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。

Answer 1

【答案】

（1）270 ℃；4　

（2）Ⅰ.CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

Ⅱ. 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24 L　

III．Fe2＋；280

【解析】

試題分析：（1）根據該反應為放熱反應，溫度越高CO的轉化率越小，所以曲線Z為270℃，

由圖象可知當270℃時，CO的轉化率為50%，n（H2）：n（CO）=1.5，則

CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)

起始（mol/L） 1 1.5 0

轉化（mol/L） 0.5 1 0.5

平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5

K===4，

故答案為：270℃，4；

（2）Ⅰ．甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發生氧化反應，電極反應為：

CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，

故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

Ⅱ．乙屬于電解裝置，A為陽極、B為陰極，開始時電解反應的化學方程式為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，一段時間后，當銅離子全部參加反應后，電解方程式為：2H2OO2↑+2H2↑；工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設生成氣體物質的量為X，溶液中銅離子物質的量為0.1mol，電極反應為：

Cu2++ 2e-=Cu，

0.1mol 0.2mol

2H++2e-=H2↑，

2x x

A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：

4OH--4e-=2H2O+O2↑，

4x x

根據得失電子守恒得到0.2+2x=4x，

x=0.1mol

乙中A極析出的氣體是氧氣，物質的量為0.1mol，在標準狀況下的體積為2.24L，

故答案為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OO2↑+2H2↑；2.24L；

Ⅲ．根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質的量減小，亞鐵離子增加，故①為Fe3+，②為Fe2+，③為Cu2+，由圖可知電子轉移為0.4mol，生成Cu2+物質的量為0.2mol，陰極電極反應Fe3++e-=Fe2+，反應結束后，溶液中有Fe2+為0.5mol，Cu2+為0.2mol，所以需要加入NaOH溶液0.5×2+0.2×2=1.4mol，所以所需NaOH溶液的體積為1.4/5=0.28L=280mL。

故答案為：Fe2+；280