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) ΔH=+206.0 kJ·mol-1

Ⅱ:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-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+作氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。實驗室用如圖裝置實現上述過程:

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—空氣原電池的負極反應式: 。

(4)人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素,原理如圖:

①電源的負極為 (填“A”或“B”)。

②陽極室中發生的反應依次為  。

③電解結束后,陰極室溶液的pH與電解前相比將 ;若兩極共收集到氣體13.44 L(標準狀況),則除去的尿素為 g (忽略氣體的溶解)。

 

Answer 1

(1)CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g) ΔH=+77.0 kJ·mol-1

(2)①Co2+-e-=Co3+

②6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+

(3) Al-3e-+3HC=Al(OH)3↓+3CO2↑

(4)①B ②2Cl--2e-=Cl2↑、CO(NH2)2+3Cl2+H2O=CO2+N2+6HCl

③不變 7.2

【解析】(1)Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.0 kJ·mol-1

Ⅱ:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-129.0 kJ·mol-1

Ⅰ+Ⅱ得:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0 kJ·mol-1

(2)根據反應原理,通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+作氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化,則通電時Co2+失電子,陽極的電極反應式為Co2+-e-=Co3+。除去甲醇的離子方程式6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+。

(3)Al—空氣原電池鋁作負極,失電子生成鋁離子,和碳酸氫鈉反應生成氫氧化鋁和二氧化碳。負極:Al-3e-+3HC=Al(OH)3↓+3CO2↑。

(4)①由圖可知產生Cl2的電極為陽極,故A為正極,B為負極。②陽極室發生的反應首先為2Cl--2e-=Cl2↑。由產物CO2、N2可知CO(NH2)2在此室被氧化,Cl2被還原,故反應為CO (NH2)2+3Cl2+H2O=CO2+N2+6HCl。③陰極發生2H++2e-=H2↑,同時陽極室HCl電離出的H+通過質子交換膜進入陰極室,從而使陰極室H+濃度保持不變,即pH與電解前相比不變。兩極共收集到的氣體n(氣體)==0.6 mol,由:

CO(NH2)2～3Cl2～3H2～CO2～N2

60 g 5 mol

m[CO(NH2)2] 0.6 mol

得:m[CO(NH2)2]==7.2 g。