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．ΔH＜0，ΔS＜0 B．ΔH＞0，ΔS＜0

C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＞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4 mol 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?gòu)姆磻?yīng)開始到平衡，H2的平均反應(yīng)速率v(H2)＝________；CO2的轉(zhuǎn)化率w(CO2)＝________。

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_____________。（只列表達(dá)式和計(jì)算式，不必計(jì)算出結(jié)果）

③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．將CH3OH(g)及時(shí)液化抽出 B．升高溫度

C．選擇高效催化劑 D．再充入l molCO2和4 molH2

（3）25℃，1.01×105Pa時(shí)，16 g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出350.8kJ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，其負(fù)極的電極反應(yīng)式是：______________________。

Answer 1

【答案】A 0.225 mol·L－1·min－1 75% （＝0.42 L2/mol2，不必求出結(jié)果） A、D CH3OH (l)＋3/2O2(g）＝CO2(g)＋2H2O (l） ΔH＝－701.6 kJ·mol－1 CH3OH＋8OH－－6e－＝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，可判斷該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，答案選A。

（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)平衡三段式：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol/L）1 4 0 0

變化量（mol/L）0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol/L）0.25 1.75 0.75 0.75

從反應(yīng)開始到平衡，H2的平均反應(yīng)速率v(H2)＝2.25mol/L÷10min= 0.225 mol·L－1·min－1；CO2的轉(zhuǎn)化率w(CO2)＝0.75÷1×100%=75%。

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=，

③A．將CH3OH(g)及時(shí)液化抽出，平衡正向移動(dòng)，A項(xiàng)正確；B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．選擇高效催化劑，平衡不移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．再充入l molCO2和4 molH2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，D項(xiàng)正確；答案選AD。

（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350.8kJ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）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H="-701.6" kJmol-1；

（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，原電池的負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子的是甲醇，此電池的負(fù)極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH＋8OH－－6e－＝CO32－＋6H2O。