Question

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和水，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）的熱值分別為143kJ?g^-1、10kJ?g^-1和23kJ?g^-1．請回答下列問題：
（1）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_

 

；
（2）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，負極的反應式為

 

，總反應式

 

．
（3）在350℃時，保持溫度不變，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容器中，充分反應生成甲醇蒸汽和水蒸氣達到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為

 

；若350℃時，保持溫度不變，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒壓器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為b，則a

 

b（用“＞、=、＜”表示）

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)物質(zhì)的熱值計算燃燒熱，根據(jù)熱化學方程式書寫方法和注意問題標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應焓變；
（2）甲醇燃料電池，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極上是氧氣得電子的還原反應，總反應是燃料燃燒的方程式；
（3）根據(jù)化學平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比來計算壓強之比；根據(jù)壓強對平衡移動的影響來確定平衡的移動方向．

解答： 解：（1）CO（g）和CH₃OH（l）的熱值分別為10kJ?g^-1和23kJ?g^-1，即由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-280.0kJ?mol^-1和-736kJ?mol^-1，則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-280.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-736kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應的反應熱△H=-736kJ?mol^-1-（-280.0kJ?mol^-1）=-456kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-456kJ?mol^-1；
（2）直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，總反應為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，甲醇燃料電池，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，負極的反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O；
（3）由化學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        3 a      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

，若350℃時，保持溫度不變，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒壓器中，由于反應中氣體的物質(zhì)的量
是減小的，所以恒壓相當于在恒容的基礎(chǔ)上加大壓強，平衡會正向移動，CO₂轉(zhuǎn)化率會增大，即a＜b．
故答案為：

2-a

2

；＜．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫和蓋斯定律的應用、化學平衡的計算、原電池電極反應書寫方法等知識，題目難度中等．