Question

碳和氮的許多化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要的作用．
（1）用CO₂和H₂合成CH₃OH具有重要意義，既可以解決環(huán)境問題，還可解決能源危機．
已知：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-565.6kJ?mol^-1，
請寫出工業(yè)上用CO₂和H₂合成CH₃OH（l）的熱化學(xué)方程式：

 

；
（2）一種新型燃料電池，一極通入空氣，一極通入CH₃OH（g），電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O^2-．則在該熔融電解質(zhì)中，O^2-向

 

（ 填“正”或“負(fù)”）極移動，電池負(fù)極電極反應(yīng)為：

 

；
（3）如圖是一個電化學(xué)裝置示意圖．用CH₃OH-空氣燃料電池做此裝置的電源．如果A是鉑電極，B是石墨電極，C是CuSO₄ 溶液，通電一段時間后，向所得溶液中加入8g CuO固體后恰好可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度和pH．則電解過程中收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積為

 

；
（4）常溫下0.01mol?L^-1 的氨水中=1×10^-6，則該溶液的pH為

 

，溶液中的溶質(zhì)電離出的陽離子濃度約為

 

；將 pH=4的鹽酸溶液V₁ L與 0.01mol?L^-1 氨水V₂ L混合，若混合溶液pH=7，則V₁ 和V₂ 的關(guān)系為：V₁

 

 V₂ （填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,酸堿混合時的定性判斷及有關(guān)ph的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱，并書寫熱化學(xué)方程式；
（2）乙醇燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電池工作時，陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，注意電解質(zhì)離子的種類；
（3）用CH₃OH-空氣燃料電池做此裝置的電源．電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電；根據(jù)原子守恒計算氧氣的體積；
（4）根據(jù)K_W計算出氫離子濃度，再計算pH；一水合氨中c（NH₄⁺）=c（OH^-）；根據(jù)鹽酸和氨水濃度確定二者體積關(guān)系．

解答： 解：（1）①CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-565.6kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，②×

3

2

-①得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
所以△H=

3

2

×（-565.6KJ/mol）-（-725.5kJ/mol）=-122.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-122.9KJ/mol；
（2）電池工作時，陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，甲醇燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂+2H₂O，
故答案為：負(fù)；CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂+2H₂O；
（3）用CH₃OH-空氣燃料電池做此裝置的電源，電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電而析出銅，陽極上電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，向溶液中加入8gCuO固體后可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則陽極上析出氧氣的質(zhì)量等于氧化銅中氧原子的質(zhì)量，根據(jù)原子守恒知，氧氣的體積=

8g

80g/mol

×

1

2

×22.4L/mol=1.12L，故答案為：1.12L；
（4）因

c(H+)

c(OH-)

=10^-6，Kw=c（H⁺）?c（OH^-）=10^-14，解得c（H⁺）=10^-10，c（OH^-）=10^-4，pH=-lgc（H⁺）=10，一水合氨電離方程式為：NH₃．H₂O=NH₄⁺+OH^-
故陽離子濃度為c（NH₄⁺）=c（OH^-）=10^-4；pH=4鹽酸濃度為10^-4，而一水合氨濃度為0.01，故兩者混合呈中性，則消耗一水合氨體積要遠(yuǎn)小于鹽酸體積，
故答案為：10，10^-4 mol?L^-1；＞．

點評：本題考查了用蓋斯定律計算反應(yīng)熱、電化學(xué)原理、pH計算、弱電解質(zhì)的電離等知識，難度中等，在電化學(xué)計算中要巧用守恒法解題．