Question

【題目】實(shí)現(xiàn) “節(jié)能減排” 和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項(xiàng)重要課題就是如何將CO2轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，下圖1表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化：

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是____________(填字母)。

A.△H＞0，△S＞0 B.△H＞0，△S＜0

C.△H＜0，△S＜0 D.△H＜0，△S＞0

（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO2和4mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如上圖2所示。

①從反應(yīng)開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)＝_________；

②下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是___________(填字母)。

A.升高溫度B.將CH3OH(g)及時(shí)液化抽出C.選擇高效催化劑D.再充入l molCO2和4 molH2

（3）25℃，1.01×105Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_____________。

（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，此電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式是：______________。

Answer 1

【答案】C0.075 mol/(Lmin)BDCH3OH(l)+3/2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) △H＝-726.6kJ/molCH3OH - 6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

【解析】

(1)依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，反應(yīng)是熵減少的反應(yīng)△S＜0；反應(yīng)物能量高于生成物的能量，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0；
(2)在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO2和4mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；則
①依據(jù)化學(xué)平衡列式計(jì)算為：
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 14 0 0

變化量(mol/L) 0.752.25 0.75 0.75
平衡量(mol/L) 0.251.750.75 0.75
CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)==0.075molL-1min-1 ；

②措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是：A．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；故A錯(cuò)誤；B．將CH3OH(g)及時(shí)液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進(jìn)行，故B正確；C．選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡，故C錯(cuò)誤；D．再充入l molCO2和4molH2，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，故D正確；故選BD；
(3)25℃，1.01×105Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇物質(zhì)的量為0.5mol，完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ的熱量，依據(jù)書寫熱化學(xué)方程式的方法寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJmol-1；

(4)甲醇在原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的CO2溶解在電極周圍的KOH溶液，得到CO32-，負(fù)極電極反應(yīng)式為2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O。