Question

【題目】緩解當前能源和資源緊張問題的方法無非是開源和節(jié)流兩個方面，從開源角度看，有效地開發(fā)利用燃煤產生的CO2重新合成新的燃料是一個途徑，目前工業(yè)上用CO2來生產甲醇的原理是CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，

(1)上述反應過程中的能量變化如圖所示，該反應是_____________(填“吸熱”或“放熱”)反應。

(2)一定溫度下，將5molCO2和8molH2充入2L恒容密閉容器中發(fā)生上述反應，測得H2的物質的量與時間的關系如圖所示，

0-1min內，用CO2表示的平均反應速率v(CO2)=________________(保留兩位有效數字)；a點的逆反應速率________________b點的逆反應速率(填“＞”“＜”或“＝”)。

(3)對于在恒溫恒容條件下進行的反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，下列敘述不能說明其已達到平衡狀態(tài)的是________________(填序號)。

a. 混合氣體的密度不再改變

b. 容器內的壓強不再發(fā)生變化

c. CH3OH(g)的濃度保持不變

d. 單位時間內消耗1molCO2，同時生成1molCH3OH

(4)甲醇燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，結構如圖所示（電解質溶液為稀硫酸）：

①Pt(b)電極上發(fā)生_____________(填“氧化”或“還原”)反應，電極反應式為________________________。

②如果該電池工作時導線中通過3mol電子，則理論上消耗甲醇的物質的量為__________________。

Answer 1

【答案】放熱 0.33mol/(L·min) ＜ ad 還原 O2＋4e－＋4H＋=2H2O 0.5mol

【解析】

(1)根據吸熱反應、放熱反應中反應物和生成物的能量大小關系分析；

(2)根據速率的計算公式進行計算；根據可逆反應平衡建立過程中正逆反應速率的變化分析；

(3)由化學平衡狀態(tài)的判斷方法分析；

(4)由燃料電池的工作原理分析解答。

(1)由能量變化圖可知，該反應中反應物的總能量高于生成物的總能量，故該反應為放熱反應；

(2)由圖像可知，0-1min內，，則，則用CO2表示的平均反應速率；由于該反應是從正反應方向建立平衡的，則在平衡之前，正反應反速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，故a點的逆反應速率＜b點的逆反應速率；

(3)反應條件為恒溫、恒容，該反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的正反應方向是氣體分子數減少的反應，

a. 由質量守恒定律可知，混合氣體的質量始終保持不變，又容器的容積不變，則混合氣體的密度始終保持改變，則混合氣體的密度不再改變時，不能說明反應已達到平衡狀態(tài)，故a符合；

b. 該反應的正反應方向是氣體分子數減少的反應，則隨著反應的進行，容器內壓強會發(fā)生變化，故容器內的壓強不再發(fā)生變化時，能說明反應已達到平衡狀態(tài)，故b不符合；

c. CH3OH(g)的濃度保持不變，說明正逆反應速率相等，能說明反應已達到平衡狀態(tài)，故c不符合；

d. 單位時間內消耗1molCO2，同時生成1molCH3OH，均表示正反應速率，不能說明正逆反應速率相等，故單位時間內消耗1molCO2，同時生成1molCH3OH時，不能說明反應已達到平衡狀態(tài)，故d符合；

故選ad；

(4)甲醇燃料電池通入燃料甲醇的一極為負極，即Pt(a)電極為負極，通入氧氣的一極為正極，即Pt(b)電極為正極，電解質溶液為稀硫酸，

①Pt(b)電極為正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O；

②Pt(a)電極為負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為，由關系式可知，如果該電池工作時導線中通過3mol電子，則理論上消耗甲醇的物質的量為0.5mol。