Question

【題目】目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇(CH3OH)。在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，圖1表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化。

(1)該反應(yīng)為___(填吸熱或放熱)反應(yīng)。

(2)在體積固定的密閉容器中，下列能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___(填序號)。

A.v(H2)=3v(CO2)

B.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

C.v逆(CO2)=v正(CH3OH)

D.容器內(nèi)氣體密度保持不變

E.2molC=O鍵斷裂的同時CH3OH中有1molH—O鍵形成

F.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

(3)在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖2所示。從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(H2)=___。達(dá)平衡時容器內(nèi)平衡時與起始時的壓強(qiáng)比___。

(4)甲醇、氧氣在一定條件下可構(gòu)成如圖3所示的燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)為___，與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極物質(zhì)時，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的___倍(保留小數(shù)點(diǎn)后1位)。

Answer 1

【答案】放熱 BCF 0.225mol/(L·min) 5∶8 CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2 19.4

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量判斷；

(2)根據(jù)化學(xué)平衡的特征分析判斷；

(3)根據(jù)三段式結(jié)合物質(zhì)的量比等于壓強(qiáng)比計(jì)算解答；

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，負(fù)極上甲醇失去電子生成二氧化碳；鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO4，結(jié)合轉(zhuǎn)移的電子數(shù)計(jì)算甲醇燃料電池的理論放電量與鉛蓄電池的倍數(shù)。

(1)由圖可知，該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；

(2)A．v(H2)=3v(CO2)，始終存在，不能判斷正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系，不能判定平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為變量，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；C．v逆(CO2)=v正(CH3OH)，可知正、逆反應(yīng)速率相等，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；D．混合氣體的質(zhì)量、體積不變，則容器內(nèi)氣體密度始終保持不變，不能判定平衡狀態(tài)，故D錯誤；E．1molH-O鍵斷裂的同時2molC=O鍵形成，都表示正反應(yīng)速率，不能判定平衡狀態(tài)，故E錯誤；F．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為變量，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故F正確，故答案為：BCF；

(3)根據(jù)三段式：

從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為：v(H2)==0.225mol/(L·min)；達(dá)平衡時容器內(nèi)平衡時與起始時的壓強(qiáng)之比為=5∶8，故答案為：0.225mol/(L·min)； 5∶8；

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO4，甲醇燃料電池中負(fù)極通入甲醇，氧化生成CO2，相同質(zhì)量的Pb和甲醇轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比為×2∶×6=32∶621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的倍=19.4倍，故答案為：CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；19.4。