Question

【題目】開發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，其中甲醇、甲烷是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池．

（1）已知：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=﹣1274.0kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=﹣566.0kJ/mol ③H2O（g）=H2O（l）△H3=﹣44kJ/mol． 甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為： ．
（2）可利用甲醇燃燒反應(yīng)設(shè)計一個燃料電池．如圖1，用Pt作電極材料，用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，在兩個電極上分別充入甲醇和氧氣．
①寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式 ．
②若利用該燃料電池提供電源，與圖2右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件應(yīng)是極（填”A”或”B”）；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時，燃料電池中消耗氧氣的標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為L．
（3）某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實驗若每個電池甲烷通入量為1L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過電解池的電量為（法拉第常數(shù)F=9.65×l04C/mol），最多能產(chǎn)生的氯氣體積為L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（4）電解法可消除甲醇對水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co2+氧化成Co3+ ， 然后將甲醇氧化成CO2和H+（用石墨烯除去Co2+）現(xiàn)用如圖3所示裝置模擬上述過程，則Co2+在陽極的電極反應(yīng)式為
除去甲醇的離子方程式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H1=﹣442.0kJ/mol
（2）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；B；1.12
（3）3.45×104C；4
（4）Co2+﹣e﹣=Co3+（或6Co2+﹣6e﹣=6Co3+）；6Co3++CH3OH+H2O=6Co2++CO2↑+6H+
【解析】解：（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H1=﹣1274.0kJ/mol②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2=﹣566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H3=﹣44kJ/mol．
依據(jù)蓋斯定律計算（①﹣②+③×4）× 得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442KJ/mol，
所以答案是：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442KJ/mol；（2）①燃料電池負(fù)極上是燃料失電子的氧化反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O，所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O； ②利用該燃料電池提供電源，與圖1右邊燒杯相連，在鐵件表面鍍銅，則鐵件做電解池的陰極，陰極與電源負(fù)極連接，裝置圖中與甲醇相連的B電極是陰極；當(dāng)鐵件的質(zhì)量增重6.4g時，Cu2++2e﹣=Cu，電子轉(zhuǎn)移0.2mol，燃料電池中消耗氧氣的電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ ， 依據(jù)電子守恒計算消耗氧氣物質(zhì)的量0.05mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
所以答案是：B；1.12；（3）根據(jù)得失電子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e﹣～4 mol Cl2 ， 故若每個電池甲烷通入量為1 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），生成4L Cl2；電解池通過的電量為 ×8×9.65×l04Cmol﹣1=3.45×104C（題中雖然有兩個燃料電池，但電子的傳遞量只能用一個池的甲烷量計算）
所以答案是：3.45×104C；4；（4）①通電后，將Co2+氧化成Co3+ ， 電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co2+﹣e﹣=Co3+；所以答案是：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(jié)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+ ， 所以答案是：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ．