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：

( CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O )，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?285.8 kJ·mol?1、?283.0 kJ·mol?1和?726.5kJ·mol?1。請回答下列問題：

（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ

（2）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖所示（注：T1、T2均大于300℃）；下列說法正確的是________（填序號）

①溫度為T1時，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

②該反應(yīng)在T1時的平衡常數(shù)比T2時的小

③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

④處于A點的反應(yīng)體系從T1變到T2，達到平衡時 增大

（3）在T1溫度時，將1molCO2和3molH2充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為?,則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為 ( 用 ? 表示 )

（4）已知甲醇燃燒的化學(xué)方程式為2CH3OH +3O2 =2CO2 +4H2O ，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為 ，正極的反應(yīng)式為

 

Answer 1

(1) 2858 ；(2) ③④ ； (3) 1? （或（2- ? ）/ 2 ）；

（4）CH3OH + H2O- 6e?= CO2 + 6H+ ；O2 + 4H+ + 4e? = 2H2O

【解析】

試題分析：（1）由于H2(g)的燃燒熱△H分別為?285.8 kJ·mol?1，所以產(chǎn)生1mol的水時放出熱量是285.8 kJ，因此若用太陽能分解10mol水消耗的能量是285.8 kJ×10=2858KJ；(2) ①速率是單位時間內(nèi)的濃度改變數(shù)值，定義應(yīng)用不對，錯誤；②由于在溫度為T1時甲醇的平衡物質(zhì)的量濃度大于T2時，說明該反應(yīng)在T1時的平衡常數(shù)比T2時的大，錯誤；③H2(g)、 CO(g) 和 CH3OH(l) 的燃燒熱的熱化學(xué)方程式是H2(g)＋1/2O2(g)= H2O(l) ΔH=－285.8 kJ/mol; CO(g)+ 1/2O2(g)= CO2(g)ΔH=－283.0 kJ/mol; CH3OH(l) + 3/2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH=－726.5 kJ/mol;將氫氣燃燒熱的方程式擴大3倍與甲醇的燃燒熱方程式相減，整理可得CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH=－130.9KJ/mol，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，正確；④由于該反應(yīng)是反應(yīng)反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的含量降低，因此溫度T2>T1,處于A點的反應(yīng)體系從T1變到T2，達到平衡時增大，正確；(3)在恒容密閉容器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量的比等于容器內(nèi)氣體的壓強之比，在反應(yīng)開始時，容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量是4mol,由于CO2轉(zhuǎn)化率為?,則達到平衡時各種氣體的物質(zhì)的量分別是H2：（3-3?）mol; CO2; （1-?）mol; CH3OH: ?mol; H2O：?mol;平衡時氣體的物質(zhì)的量是（4-4?）mol；故此時的壓強與開始的壓強之比是：（4-4?）÷4= 1?；(4)已知甲醇燃燒的化學(xué)方程式為2CH3OH +3O2 =2CO2 +4H2O ，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極甲醇的反應(yīng)式為CH3OH + H2O- 6e?= CO2 + 6H+；正極的反應(yīng)式為O2 + 4H+ + 4e? = 2H2O。

考點：考查蓋斯定律的應(yīng)用、外界條件對可逆反應(yīng)的平衡的影響、容器內(nèi)氣體的壓強的比例關(guān)系、原電池反應(yīng)原理的應(yīng)用的知識。