Question

為實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”的一項課題是如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用資源．
（1）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g液態(tài)甲醇（CH₃OH）完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出熱量363.3kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）目前，工業(yè)上常用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．現(xiàn)進行如下實驗：在體積為l L的密閉恒容容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(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所示．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

；
②從反應(yīng)開始到平衡時，CH₃OH的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

 

（注明單位）；H₂的轉(zhuǎn)化率=

 

；
③下列說法中，能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

A．每消耗1mol CO₂的同時生成1mol CH₃OH
B．CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的物質(zhì)的量的比為1：3：1：1
C．容器中氣體的壓強不再改變
D．容器中氣體的密度不再改變
④下列措施中，能使上述平衡狀態(tài)向正反應(yīng)方向移動的是

 

A．升高溫度      B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．使用高效催化劑      D．恒溫恒容再充入1molCO₂和3mol H₂
（3）以CH₃OH為燃料（以KOH溶液作電解質(zhì)溶液）可制成CH₃OH燃料電池（電池總反應(yīng)式：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O），則充入CH₃OH的電極為

 

極，充入O₂的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）16g液態(tài)甲醇（CH₃OH）完全燃燒，放出熱量363.3kJ，則1molCH₃OH完全燃燒，放出熱量為726.6kJ，所以可以寫出熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O ₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6KJ/mol，據(jù)此答題；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)的定義，結(jié)合化學(xué)方程式可以寫出表達(dá)式；
②根據(jù)v=

△c

t

計算，轉(zhuǎn)化率=

已轉(zhuǎn)化的量

起始總量

×100%；
③根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志進行判斷；
④根據(jù)平衡移動的影響因素判斷；
（3）根據(jù)原電池原理，2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O中甲醇為還原劑，反應(yīng)中失去電子，所以在負(fù)極反應(yīng)，氧氣得電子，在正極反應(yīng)，據(jù)此答題．

解答： 解：（1）16g液態(tài)甲醇（CH₃OH）完全燃燒，放出熱量363.3kJ，則1molCH₃OH完全燃燒，放出熱量為726.6kJ，所以可以寫出熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O ₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6KJ/mol，故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O ₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6KJ/mol；
（2）①平衡常數(shù)等于生成濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積，所以K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

，故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

；
②根據(jù)圖象可知生成CH₃OH的濃度為0.75mol/L，所以v=

△c

t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為0.75mol/L×1L=0.75mol，根據(jù)化學(xué)方程式可知，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.75mol×3=2.25mol，轉(zhuǎn)化率=

2.25

3

×100%=75%，
故答案為：0.075mol/（L?min）；75%；
③A．消耗CO₂的同時生成 CH₃OH，都是指的正反應(yīng)，不能反映出正逆反應(yīng)速率的關(guān)系，故不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
B．CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的物質(zhì)的量的比與起始加入的量有關(guān)與反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)無關(guān)，故不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
C．該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，即壓強也減小的反應(yīng)，所以當(dāng)容器中氣體的壓強不再改變時，就說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)；
D．該反應(yīng)容器體積不變，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，所以容器中氣體的密度始終不變，所以不能根據(jù)密度的變化判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
故選C；
④A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，故A錯誤；     
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，即減小生成物濃度，平衡正向移動，故B正確；
C．使用高效催化劑對平衡移動沒有影響，所以平衡不移動，故C錯誤；  
D．恒溫恒容再充入1molCO₂和3mol H₂，相當(dāng)于加壓，由于反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以平衡正向移動，故D正確；
故選BD；
（3）根據(jù)原電池原理，2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O中甲醇為還原劑，反應(yīng)中失去電子，所以在負(fù)極反應(yīng)，氧氣得電子，在正極反應(yīng)，生成氫氧根離子，方程式為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，故答案為：負(fù)；3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-．

點評：本題主要考查了化學(xué)原理中相關(guān)內(nèi)容，主要涉及的知識點有熱化學(xué)方程式、反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率的計算、影響平衡移動的因素、原電池原理等知識點，內(nèi)容較多，中等難度．