Question

【題目】科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池。已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為—285.8kJ·mol-1、—283.0kJ·mol-1和—726.5kJ·mol-1。請回答下列問題：

（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是_____________；

（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_______________________________________________________；

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考查溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如下圖所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列說法正確的是________（填序號）

a．溫度為T1時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為：v(CH3OH)=mol·L-1·min-1

b．T1> T2

c．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

d．處于A點的反應(yīng)體系從T1變到T2，達到平衡時增大

（4）在T1溫度時，將1molCO2和3molH2充入一密閉恒容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為α, 則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為_______________________；

（5）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，負極的反應(yīng)式為________________________________________________________。

Answer 1

【答案】2858kJCH3OH(l) ＋O2(g)＝CO(g)+2 H2O(l) △H＝-443.5kJ·mol-1cd （或1－0.5α）CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O

【解析】

（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ·mol-1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O放出熱量285.8kJ，即分解1molH2O（l）為1molH2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10molH2O消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，故答案為：2858 kJ；（2）由CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1，則①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ·mol-1；②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJ·mol-1；由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ·mol-1-（-283.0kJ·mol-1）=-443.5kJ·mol-1，故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJ·mol-1；（3）a．一般反應(yīng)速率用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的變化量來描述反應(yīng)的快慢，其單位應(yīng)為mol·L-1·min-1，則a錯誤；b.根據(jù)題給圖象分析可知，T2先達到平衡則T2＞T1，故b錯誤；c.又溫度高時平衡狀態(tài)CH3OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO2+3H2CH3OH+H2O向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故c正確；d. 從A點的反應(yīng)體系從T1變到T2時，平衡向逆反應(yīng)移動，n（CH3OH）減小，n（H2）增大，增大，故d正確；答案選cd；（4）由化學(xué)平衡的三段法計算可知，

根據(jù)相同條件下氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為（1-a+3-3a+2a）:（1+3）=（2-a）:2，故答案為： （或1－0.5α）。（5）由燃料電池是原電池的一種，負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負極反應(yīng)式為：CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O。