Question

【題目】科學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生成甲醇（CH3OH），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)水的熱化學方程式為 ；

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇反應方程式為：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)，在其他條件不變得情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示，下列說法正確的是__________（填序號）

①250℃時，0～10minH2反應速率為0.015mol/(L·min)

②該反應在T時生成甲醇的速率比250℃時的小

③T時，若3v(CO)=v(H2)，則該反應達到平衡

④若密閉容器中混合氣體密度不變則該反應達到化學平衡狀態(tài)

⑤平衡時CO2的轉化率：T℃時大于250℃時

（4）在T溫度時，將1molCO2和3molH2充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，則容器內的壓強與起始壓強之比為 。

（5）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質溶液為堿性，負極的反應式為 。

Answer 1

【答案】（1）2858（1分）（2）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1（2分）

（3）②⑤（2分）（4）1－(a/2)（2分）（5）CH3OH－6e－+8OH－=CO32－+6H2O（2分）

【解析】

試題分析：（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ·mol-1知，1mol H2（g）完全燃燒生成1mol H2O（1）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（1）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，分解10mol H2O（1）消耗的能量為2858kJ。

（2）根據(jù)題意寫出燃燒熱的熱化學方程式為CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ·mol-1 ①

CH3OH（1）+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O（1） △H=-726.5kJ·mol-1 ②

用②-①得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1。

（3）①根據(jù)題給圖像分析可知，250℃時，0～10min甲醇生成了0.15mol，則反應消耗氫氣0.45mol， H2反應速率為0.45mol÷(2L×10min)=0.0225mol/(L·min)，錯誤；②根據(jù)“先拐先平，溫高壓大”，250℃大于T℃，溫度越高，化學反應速率越快，則該反應在T時生成甲醇的速率比250℃時的小，正確；③T時，若3v(CO)=v(H2)，沒有指明正逆反應，無法說明該反應達到平衡，錯誤；④該反應是在密閉恒容的容器中進行，混合氣體的密度始終保持不變，則密度不變不能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)，錯誤；⑤根據(jù)上面分析，250℃大于T℃，溫度升高，甲醇的生成量降低，說明平衡逆向移動，則平衡時CO2的轉化率：T℃時大于250℃時，正確；答案選②⑤。

（4）利用化學平衡的三段模式法計算：

CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g)

起始 1 3 0 0

變化 a 3a a a

平衡 1-a 3-3a a a

根據(jù)壓強之比等于物質的量之比，則容器內的壓強與起始壓強之比為：(4-2a)/4=1-a/2

（5）燃料電池是原電池的一種，負極失電子，發(fā)生氧化反應；正極得電子，發(fā)生還原反應，在堿性介質中，甲醇燃料電池的負極反應式為CH3OH－6e－+8OH－=CO32－+6H2O。