Question

20．用CO₂生產(chǎn)綠色燃料甲醇時(shí)發(fā)生反應(yīng)A：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
（1）2CH₃OH（g）+3O₂ （g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1365.0KJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的反應(yīng)熱△H=-42.9kJ/mol．
（2）在體積為1L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)A，下圖是在三種投料[n（CO₂）和n（H₂）分別為1mol，3mol；1mol，4mol和1mol，6mol]下，反應(yīng)溫度對(duì)CO₂平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線．

①曲線c對(duì)應(yīng)的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=6mol．
②T₁℃時(shí)，曲線a對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)是0.52．
③500℃時(shí)，反應(yīng)A的平衡常數(shù)K=2.5，T₁℃高于500℃（填“高于”、“低于”或“等于”）．
（3）甲醇/過(guò)氧化氫燃料電池的工作原理示意圖如下：

d電極上發(fā)生的是還原（填“氧化”或“還原”）反應(yīng)．
②物質(zhì)b是H₂O₂（填化學(xué)式）．
③寫(xiě)出c電極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）已知：①2CH₃OH（g）+3O₂ （g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1365.0KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O（g）△H=-241.8 KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律：②×3-①×$\frac{1}{2}$得CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）；
（2）①當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物氫氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率增大；
②曲線a對(duì)應(yīng)的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=3mol，T₁℃時(shí)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為0.6mol，容器體積為1L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3        0        0
變化濃度（mol/L）：0.6     1.8      0.6      0.6
平衡濃度（mol/L）：0.4     1.2      0.6      0.6
再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
③由（1）知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
（3）①由甲醇/過(guò)氧化氫燃料電池的工作原理示意圖知，氫離子移向d電極，d電極為電池的正極，發(fā)生的是還原反應(yīng)；
②物質(zhì)b在d電極上發(fā)生還原反應(yīng)，物質(zhì)b是H₂O₂；
③c電極為電池的負(fù)極，甲醇在該電極上反應(yīng)氧化反應(yīng)生成二氧化碳與氫離子．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（g）+3O₂ （g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1365.0KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O（g）△H=-241.8 KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律：②×3-①×$\frac{1}{2}$得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）的反應(yīng)熱△H=-42.9kJ/mol，
故答案為：-42.9kJ/mol；
（2）①當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物氫氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率增大，由題給圖象知相同溫度下，曲線c二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率最大，故曲線c對(duì)應(yīng)的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=6mol，
故答案為：n（CO₂）=1mol，n（H₂）=6mol；
②曲線a對(duì)應(yīng)的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=3mol，T₁℃時(shí)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為0.6mol，容器體積為1L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3        0         0
變化濃度（mol/L）：0.6     1.8      0.6       0.6
平衡濃度（mol/L）：0.4     1.2      0.6       0.6
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.6×0.6}{0.4×1．{2}^{3}}$=0.52，
故答案為：0.52；
③由（1）知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，若500℃時(shí)，反應(yīng)A的平衡常數(shù)K=2.5，T₁℃高于500℃，
故答案為：高于；
（3）①由甲醇/過(guò)氧化氫燃料電池的工作原理示意圖知，氫離子移向d電極，d電極為電池的正極，發(fā)生的是還原反應(yīng)，故答案為：還原；
②物質(zhì)b在d電極上發(fā)生還原反應(yīng)，物質(zhì)b是H₂O₂，故答案為：H₂O₂；
③c電極為電池的負(fù)極，甲醇在該電極上反應(yīng)氧化反應(yīng)生成二氧化碳與氫離子，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、蓋斯定律、化學(xué)平衡和燃料電池，（3）中注意根據(jù)示意圖中氫離子移動(dòng)方向判斷正負(fù)極，難度中等．