Question

甲醇燃料電池（DNFC）被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源．
（1）101kPa時，1mol CH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ，則甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1．甲醇進入

 

極（填“正”或“負”），正極發(fā)生的電極反應(yīng)為

 

．

（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗．在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0KJ/mol．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為

 

．
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高溫度     
B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離   
D．再充入1molCO₂和3molH₂．

Answer 1

考點：化學(xué)電源新型電池,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）1mol CH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ，則甲醇的燃燒熱是726.51 kJ/mol；
（2）燃料電池中，通入燃料的電極是負極，通入氧化劑的電極是正極，該燃料電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；
（3）①先計算二氧化碳的反應(yīng)速率，根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算氫氣反應(yīng)速率；
②化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
③該反應(yīng)式一個反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，說明改變條件使平衡向右進行，但不能增大二氧化碳濃度．

解答： 解：（1）1mol CH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ，則甲醇的燃燒熱是726.51 kJ/mol，所以甲醇的燃燒熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+3/2 O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51 kJ/mol，故答案為：CH₃OH（l）+3/2 O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51 kJ/mol；
（2）燃料電池中，通入燃料的電極是負極，所以通入甲醇的電極是負極，通入氧化劑的電極是正極，該燃料電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，故答案為：負；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
（3）①二氧化碳平均反應(yīng)速率=

1.00-0.25

10

mol/（L?min）=0.075mol/（L?min），同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，則氫氣反應(yīng)速率=3×0.075mol/（L?min）=0.225 mol/（L?min），故答案為：0.225 mol/（L?min）；
②該反應(yīng)平衡常數(shù)表達式為K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，故答案為：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
③該反應(yīng)式一個反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，說明改變條件使平衡向右進行，但不能單純增大二氧化碳濃度，
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故錯誤；    
B．充入He（g），使體系壓強增大，但各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動，故錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
D．再充入1molCO₂和3molH₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
故選CD．

點評：本題考查化學(xué)平衡移動原理、原電池原理、熱化學(xué)反應(yīng)方程式等知識點，綜合性較強，側(cè)重考查分析、計算能力，難點是（3）③，注意B選項不影響平衡移動，為易錯點．