Question

【題目】實現(xiàn) “節(jié)能減排” 和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項重要課題就是如何將CO2轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，下圖1表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化：

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是____________(填字母)。

A.△H＞0，△S＞0 B.△H＞0，△S＜0

C.△H＜0，△S＜0 D.△H＜0，△S＞0

（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO2和4mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如上圖2所示。

①從反應(yīng)開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)＝_________；

②下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是___________(填字母)。

A.升高溫度B.將CH3OH(g)及時液化抽出C.選擇高效催化劑D.再充入l molCO2和4 molH2

（3）25℃，1.01×105Pa時，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_____________。

（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，此電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式是：______________。

Answer 1

【答案】C0.075mol/（Lmin）BDCH3OH（l）+O2（g）→CO2（g）+2H2O（l） △H=﹣726.6kJ/molCH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O．

【解析】試題分析：本題二氧化碳的綜合利用為載體考查化學(xué)反應(yīng)的方向，化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，熱化學(xué)方程式的書寫，原電池原理的應(yīng)用、電極反應(yīng)式的書寫等，題目難度中等。結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)知識進(jìn)行作答。

（1）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），氣體的物質(zhì)的量減少，反應(yīng)是熵減少的反應(yīng)△S＜0；反應(yīng)物能量高于生成物的能量，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為C。

（2）①二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：①v（CH3OH）=0.075mol/L÷10min=0.075mol/（Lmin ）；②A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；故A錯誤；B、將CH3OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進(jìn)行，故B正確；C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡，故C錯誤；D、再充入l molCO2和4molH2，增大壓強平衡正向進(jìn)行，故D正確；選BD。

（3）25℃，1.01×105Pa時，16g（物質(zhì)的量為16g÷32g/mol=0.5mol）液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出熱量726.6kJ，故甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OH（l）+3/2O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.6kJ/mol。

（4）以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料制成的燃料電池，甲醇在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根和水，結(jié)合溶液的酸堿性利用原子守恒和電荷守恒配平，負(fù)極的電極反應(yīng)式是CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O。