Question

(1)甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料,通过下列反应来制备甲醇。

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)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的热化学方程式为                         。

(2)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co²⁺氧化成Co³⁺,然后以Co³⁺作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用如图装置实现上述过程:

①写出阳极电极反应式:                        。

②写出除去甲醇的离子方程式:                    。

(3)写出以NaHCO₃溶液为介质的Al—空气原电池的负极反应式:                。

(4)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图:

①电源的负极为    (填“A”或“B”)。

②阳极室中发生的反应依次为                         。

③电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将       ;若两极共收集到气体13.44 L(标准状况),则除去的尿素为        g (忽略气体的溶解)。

Answer

(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不变 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)根据反应原理,通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,则通电时Co2+失电子,阳极的电极反应式为Co2+-e-=Co3+。除去甲醇的离子方程式6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+。

(3)Al—空气原电池铝作负极,失电子生成铝离子,和碳酸氢钠反应生成氢氧化铝和二氧化碳。负极:Al-3e-+3HC=Al(OH)3↓+3CO2↑。

(4)①由图可知产生Cl2的电极为阳极,故A为正极,B为负极。②阳极室发生的反应首先为2Cl--2e-=Cl2↑。由产物CO2、N2可知CO(NH2)2在此室被氧化,Cl2被还原,故反应为CO (NH2)2+3Cl2+H2O=CO2+N2+6HCl。③阴极发生2H++2e-=H2↑,同时阳极室HCl电离出的H+通过质子交换膜进入阴极室,从而使阴极室H+浓度保持不变,即pH与电解前相比不变。两极共收集到的气体n(气体)==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。