Question

19．甲醇（CH₃OH）是一種優(yōu)質(zhì)燃料，
（1）已知一定條件下88gCO₂和足量氫氣完全反應(yīng)三可生成氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和水蒸汽并放出98kJ的熱量．請(qǐng)回答：
①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．
②若生成3mol甲醇放出的熱量為147KJ．
③利用該反應(yīng)能否設(shè)計(jì)一個(gè)原電池（寫能或不能）能，若能請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫出，并寫出正負(fù)極的電極的電極反應(yīng)式（括號(hào)內(nèi)注明反應(yīng)類型）正極電極反應(yīng)：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O（還原反應(yīng)）負(fù)極電極反應(yīng)為：3H₂-6e^-=6H⁺（氧化反應(yīng)）；若不能，請(qǐng)說明原因：空
（2）為探究用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖．請(qǐng)回答：
①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的反應(yīng)速率：v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1 ．
②下列措施中能使v（CO₂）增大的是AD．
A．加入催化劑                  B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離      D．升高溫度
③能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是AC．
A．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化
B．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO₂、H₂和CH₃OH的濃度不再變化
D．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3molH₂的同時(shí)生成1molCH₃OH．
E．有2個(gè)C=O鍵斷裂的同時(shí)，有3個(gè)H-H鍵斷裂．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算88gCO₂和氫氣化合生成甲醇和水放出的熱量，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和反應(yīng)焓變寫出；
②反應(yīng)熱與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算；
③反應(yīng)焓變△H＜0，△S＜0，低溫下△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，此反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)為原電池；
（2）在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．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；
①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式利用V=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②依據(jù)升溫，增加濃度，加壓，加催化劑等可以加快反應(yīng)速率判斷；
③可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析解答．

解答 解：（1）①88gCO₂的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{88g}{44g/mol}$=2mol，放出98kJ的熱量，每1molCO₂和足量氫氣完全反應(yīng)三可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量，熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol；
②每1molCO₂和足量氫氣完全反應(yīng)三可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量，若生成3mol甲醇放出的熱量為49kJ×3=147KJ，
故答案為：147KJ；
③CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，反應(yīng)焓變△H＜0，△S＜0，低溫下△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，此反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)為原電池，酸性溶液中，二氧化碳在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為CO₂+6e^-+6H⁺=CH₃OH+2H⁺，氫氣失電子在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：3H₂-6e^-=6H⁺，裝置圖為：
 正極電極反應(yīng)：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O （還原反應(yīng)）負(fù)極電極反應(yīng)為：3H₂-6e^-=6H⁺（氧化反應(yīng)）
故答案為：能；正極電極反應(yīng)：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O （還原反應(yīng)）負(fù)極電極反應(yīng)為：3H₂-6e^-=6H⁺（氧化反應(yīng)）

（2）在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．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①依據(jù)化學(xué)平衡列式計(jì)算為：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1       3         0         0
變化量（mol/L） 0.75   2.25     0.75      0.75
平衡量（mol/L） 0.25    0.75     0.75      0.75
H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol•L^-1•min^-1 ；
故答案為：0.225mol•L^-1•min^-1 ；
②A．加入催化劑，v （CO₂）增大，故A正確；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但反應(yīng)物濃度不變，所以v （CO₂）不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，則生成物濃度減小，則濃度減小，故C錯(cuò)誤；
D．升高溫度，v （CO₂）增大，故D正確；
故選：AD；
③A．反應(yīng)前后氣體的體積不等，所以壓強(qiáng)一直在變，則當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)能說明達(dá)到平衡，故A正確；
B．反應(yīng)前后質(zhì)量不變，體積也不變，所以密度一直不變，則混合氣體的密度不再變化不能說明達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C．CO₂、H₂和CH₃OH的濃度不再變化，說明達(dá)到平衡，故C正確；
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗3molH₂的同時(shí)生成1molCH₃OH，都是指正反應(yīng)方向，不能說明達(dá)到平衡，故D錯(cuò)誤；
E．CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，CO₂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為O=C=O，1個(gè)分子有2個(gè)C=O鍵，當(dāng)2個(gè)C=O鍵斷裂的同時(shí)，必有3個(gè)H-H鍵斷裂．與是否已達(dá)到平衡無關(guān)，故E錯(cuò)誤；
故選AC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫原則，化學(xué)反應(yīng)速率、平衡狀態(tài)的判斷以及化學(xué)平衡的計(jì)算的應(yīng)用，圖象分析是關(guān)鍵，綜合性較大，難度中等．