Question

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．請回答下列問題：

（1）用0.5molH₂（g）完全燃燒所提供的能量是

 

_kJ；
（2）畫出CO（g）燃燒的反應(yīng)過程中體系能量變化圖如圖1（必須標(biāo)注反應(yīng)物和生成物的總能量及反應(yīng)熱）．
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇和水，在其它條件不變的情況下，考查溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖2所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；
下列說法正確的是

 

（填序號）；
A．溫度為T₁時，從反應(yīng)開始到反應(yīng)達(dá)到平衡，生成甲醇的平均速率為v（CH₃OH）=

nA

tA

mol?L^-1?min^-1
B．該反應(yīng)升高溫度平衡常數(shù)K增大，且T₁時比T₂時的大
C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

C(H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C(H2)

D．處于A點的反應(yīng)體系的溫度從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時

nH2

nCH3OH

增大
（4）在T₁溫度時，將1mol CO₂和3mol 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)的壓強與起始壓強之比為

 

；（用含α的代數(shù)式表示）
（5）在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性．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

 

（電池所能產(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

考點：有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)題干給出的氫氣的燃燒熱計算；
（2）CO燃燒為放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)反應(yīng)物總能量高與生成物總能量，結(jié)合題干給出CO燃燒熱數(shù)值解答；
（3）根據(jù)圖象中甲醇的變化來計算反應(yīng)速率，并利用圖象中時間與速率的關(guān)系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比來解答；
（5）甲醇酸性燃料電池中，其產(chǎn)生的電能與燃燒放出的燃料的比即為燃料電池的理論效率．

解答： 解：（1）有題干可知氫氣的燃燒熱△H=-285.8kJ?mol^-1，可知1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量285.8KJ，
則0.5mol氫氣完全燃燒所提供的能量是142.9KJ；
故答案為：142.9；
（2）CO燃燒為放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)反應(yīng)物總能量高與生成物總能量，根據(jù)題干可知CO（g）燃燒熱△H=-283.0kJ?mol^-1，所以反應(yīng)熱為：△H=-283.0kJ?mol^-1；
故答案為：；
（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，又溫度高時平衡狀態(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，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大；
A．v（CH₃OH）=

nA 2L

tA

=

nA

2tA

 mol/L?min，故A錯誤；
B．該反應(yīng)正方向為放熱反應(yīng)，升高溫度K減小，故B錯誤；
C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

C(CH3OH)C(H2O)

C(CO2)C3(H2)

，故C錯誤；
D．處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達(dá)到平衡時，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故

n(H2)

n(CH3OH)

增大，故D正確；
故選：D；
（4）3）由化學(xué)平衡的三段模式法計算可知，
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)相同條件下氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案為：（2-a）：2．
（5）該燃料電池的理論效率=702.1kJ÷726.5kJ×100%=96.6%，故答案為：96.6%．

點評：本題考查了反應(yīng)熱的計算、化學(xué)反應(yīng)限度和速率，為高考熱門考點，題目難度中等，側(cè)重考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，熟悉燃燒熱的概念、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，注意（3）為易錯點．