Question

17．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．

（1）該反應為放熱熱反應，原因是反應物的總能量高于生成物的總能量 ．
（2）下列能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是BCE（填序號）
A．v （H₂）=3v（CO₂）                   B．容器內氣體壓強保持不變
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）             D．容器內氣體密度保持不變
E．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂
（3）在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率
v （H₂）=0.225mol/（L．min）． 達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強之比5：8 （或0.625）．
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂，與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極活性物質時，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的19.4倍（保留小數點后1位）．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，反應物的總能量大于生成物的總能量；
（2）結合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始   1                 3                 0                 0
轉化  0.75            2.25              0.75             0.75
平衡 0.25             0.75             0.75             0.75
結合v=$\frac{△c}{△t}$、物質的量比等于壓強比計算；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，負極上甲醇失去電子生成二氧化碳；鉛蓄電池中負極材料為Pb，氧化為PbSO₄，結合電子轉移守恒計算甲醇燃料電池的理論放電量與鉛蓄電池的倍數．

解答 解：（1）由圖可知，反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，故答案為：放熱；反應物的總能量高于生成物的總能量；
（2）A．v （H₂）=3v（CO₂），始終存在，不能判斷正逆反應速率關系，不能判定平衡狀態(tài)，故不選；                   
B．該反應為氣體體積不等的反應，則容器內氣體壓強保持不變，達到平衡狀態(tài)，故選；
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH），可知正逆反應速率相等，能判定平衡狀態(tài)，故選；             
D．混合氣體的質量、體積不變，則容器內氣體密度始終保持不變，不能判定平衡狀態(tài)，故不選；
E．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂，可知正逆反應速率相等，能判定平衡狀態(tài)，故選；
故答案為：BCE；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始   1                 3                 0                 0
轉化  0.75            2.25              0.75             0.75
平衡 0.25             0.75             0.75             0.75
從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v （H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min）； 達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強之比為$\frac{0.25+0.75+0.75+0.75}{1+3}$=5：8 （或0.625），
故答案為：0.225mol/（L．min）； 5：8 （或0.625）；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；鉛蓄電池中負極材料為Pb，氧化為PbSO₄，甲醇燃料電池中負極通入甲醇，氧化生成CO₂，相同質量提供電子數目之比為$\frac{1}{207}$×2：$\frac{1}{32}$×6=32：621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的$\frac{621}{32}$=19.4倍，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂； 19.4．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡判定、反應熱與焓變及原電池，為高頻考點，把握化學平衡三段法、反應中能量變化、電極反應書寫為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．