Question

利用太陽能分解水生成的氫氣，在催化劑作用下氫氣與二氧化碳反應(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ΔH分別為－285.8 kJ·mol^－1、－283.0 kJ·mol^－1和－726.5 kJ·mol^－1。請(qǐng)回答下列問題：
（1）用太陽能分解10 mol水消耗的能量是          kJ。
（2）液態(tài)甲醇不完全燃燒生成一氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為                                                                    。
（3） 在容積為2 L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，反應(yīng)式：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，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 ℃)：

①可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝                
②下列說法正確的是            

A．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)＝mol·L－1·min－1

B．該反應(yīng)在T1時(shí)的平衡常數(shù)比T2時(shí)的小

C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

D．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

③在T₁溫度時(shí)，將1 mol CO₂和3 mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為α，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為                  ；
（4） 在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，總反應(yīng)式為
2CH₃OH + 3O₂＝2CO₂＋4H₂O，則正極的反應(yīng)式為                             ；
負(fù)極的反應(yīng)式為                                                          。

Answer 1

（1）2858  （2）CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)   △H=" --" 443.5KJ·mol^-1
（3）①   ②C D  ③ （4）O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O   CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

試題分析：（1）1摩爾的氫氣完全燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物放出熱量為285.8 kJ.則1mol的水分解產(chǎn)生1mol的氫氣吸收熱量285.8 kJ，則分解10 mol水吸收的能量是2858 kJ。（2） CO燃燒的熱化學(xué)方程式為：①CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H="-283kl/mol;" 液態(tài)甲醇完全燃燒的熱化學(xué)方程式為：②CH3OH(l)+3/2(g)=CO₂(g)+ +2H₂O(l) △H=-726kl/mol②-①整理得CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)   △H=" -" 443.5KJ/mol. （3） ①可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝.②A 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)＝ .錯(cuò)誤。B 由于在T₁達(dá)到平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量濃度比在T₂時(shí)大，說明平衡時(shí)K₁＞K₂.錯(cuò)誤。C.由于在溫度為T₂時(shí)先達(dá)到平衡，說明T₂＞T₁。升高溫度，甲醇的含量降低，說明平衡逆向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。正確。D. 處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁升高到T₂，達(dá)到平衡時(shí)n(H₂) 增大，n(CH₃OH)減小，所以n(H₂)/n(CH₃OH) 增大。正確。正確選項(xiàng)為CD。③開始時(shí)通入1 mol CO₂和3 mol H₂，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為α，則達(dá)到平衡時(shí)充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂為(1-α)mol, H₂為3(1-α)mol, n(CH₃OH)=" α" mol, n(H₂O)=" α" mol. 由于是在一密閉恒容容器中，所以容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為為反應(yīng)前后的氣體的物質(zhì)的量的比。平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量為(1-α)mol+3(1-α)mol+α mol+ α mol.=(4-2α)mol,開始時(shí)氣體的物質(zhì)的量為4mol。故容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為(4-2α)mol：4mol=。（4） 以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，電池的總反應(yīng)式為2CH₃OH + 3O₂＝2CO₂＋4H₂O。通入甲醇的電極為負(fù)極，負(fù)極的反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；通入氧氣的電極為正極，正極的反應(yīng)式O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O