Question

【题目】工业上用CO、CO2均可以生产甲醇。CO在一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

（1）图1是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=___；

（2）图2表示该反应进行过程中能量的变化，请根据图像写出反应的热化学方程式：___；

（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO2，还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化：2CO2=2CO+O2，CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为：4OH-―4e-=O2↑+2H2O，则阴极反应式为：___；

（4）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。

请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式___。

Answer 1

【答案】0.15mol/(L·min) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=－91kJ/mol 2CO2+2H2O+4e-=2CO+4OH- CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

(1)依据速率公式进行计算；

(2)根据热化学反应方程式的特点进行分析解答；

(3)根据电解池工作原理和氧化还原反应规律书写电解反应式；

(4)根据燃料电池的特点，燃料做负极来书写电解反应式。

(1)由图1可知，CO是反应物，变化量为0.75 mol/L，根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应可知，H2的浓度变化量为1.5 mol/L，所以从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)==0.15mol/(L·min)，故答案：0.15mol/(L·min)；

(2)由图2可知，反应物为：1molCO(g)和2molH2(g)反应，生成1mol CH3OH(g)放出91kJ热量，所以该反应的热化学方程式：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=－91kJ/mol，故答案：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=－91kJ/mol；

(3)已知该反应的阳极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，总反应方程式为：2CO2=2CO+O2，所以阴极反应式为：2CO2+2H2O+4e-=2CO+4OH-，故答案：2CO2+2H2O+4e-=2CO+4OH-；

（4）根据电子移动方向可知，a为负极，充入的是甲醇燃料，失电子发生氧化反应，其电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O，故答案：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O。