Question

科學(xué)家利用太陽(yáng)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(wèn)題：
（1）用太陽(yáng)能分解10mol液態(tài)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）用甲醇與氧氣在堿性條件下形成燃料電池的負(fù)極電極離子方程式為

 

（4）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇（CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O）
在其他條件不變得情況下，考察溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說(shuō)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)n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（5）在T₁溫度時(shí)，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容器中，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

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：反應(yīng)熱和焓變,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來(lái)計(jì)算；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來(lái)分析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；
（3）燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境來(lái)回答，甲醇失電子在堿溶液中生成碳酸鹽和水；
（4）利用圖象中甲醇的變化來(lái)計(jì)算反應(yīng)速率，并利用圖象中時(shí)間與速率的關(guān)系來(lái)分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來(lái)分析解答；
（5）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比來(lái)解答．

解答： 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
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1 
由蓋斯定律可知，②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），則△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）燃料電池的負(fù)極上是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電解質(zhì)環(huán)境是堿性，則電極反應(yīng)為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）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，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說(shuō)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)，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，故②錯(cuò)誤，①中按照其計(jì)算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯(cuò)誤，應(yīng)為mol?min^-1，故①錯(cuò)誤，
故答案為：③④；
（5）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知，
                CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1        3       0          0
轉(zhuǎn)化（mol）：a       3a       a          a
平衡（mol）：1-a       3-3a     a          a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，即（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=

4-2a

4

；
故答案為：

4-2a

4

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的相關(guān)知識(shí)，該題對(duì)這些知識(shí)的要求比較高，綜合性強(qiáng)，解答本題比較費(fèi)時(shí)，該題難度較大．