Question

（11分）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(qǐng)回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ；
（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，考察溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)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(hào)）
①溫度為T₁時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為
v(CH₃OH)=n_A/t_A mol·L^-1·min^-1
②該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的小
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，
達(dá)到平衡時(shí)增大
（4）在T₁溫度時(shí)，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a,則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為______；
（5）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為________、正極的反應(yīng)式為________。理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1KJ,則該燃料電池的理論效率為________（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比）

Answer 1

（11分）(1) 2858
(2)  CH₃OH(l)+ O₂(g)="CO(g)+2" H₂O(l)     △H=-443.5kJ·mol^-1
(3) ③④   (4)1-a/2
(5) CH₃OH(g) +H₂O-6e^-= CO₂ +6H⁺     3/2O₂ + +6H⁺ +6e^-= 3H₂O
96.6%

解：（1）由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，
即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858
（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
（3）①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
（4）②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
（5）由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），
（6）該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
（7）故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（8）(3）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，
（9）又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
（10）則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，③、④正確，②中該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，則②錯(cuò)誤，①中按照其計(jì)算速率的方法可知
（11）反應(yīng)速率的單位錯(cuò)誤，應(yīng)為mol?min^-1，則①錯(cuò)誤，故答案為：③④；
（4）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知