Question

【題目】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（CH3OH），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－285.8kJ·mol－1、－283.0kJ·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）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為 ；

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇反應(yīng)方程式為：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)，在其他條件不變得情況下，考察溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如下圖所示，下列說法正確的是__________（填序號）

①250℃時，0～10minH2反應(yīng)速率為0.015mol/(L·min)

②該反應(yīng)在T時生成甲醇的速率比250℃時的小

③T時，若3v(CO)=v(H2)，則該反應(yīng)達到平衡

④若密閉容器中混合氣體密度不變則該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)

⑤平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率：T℃時大于250℃時

（4）在T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a，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為 。

（5）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，負極的反應(yīng)式為 。

Answer 1

【答案】（1）2858（1分）（2）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1（2分）

（3）②⑤（2分）（4）1－(a/2)（2分）（5）CH3OH－6e－+8OH－=CO32－+6H2O（2分）

【解析】

試題分析：（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ·mol-1知，1mol H2（g）完全燃燒生成1mol H2O（1）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（1）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，分解10mol H2O（1）消耗的能量為2858kJ。

（2）根據(jù)題意寫出燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ·mol-1 ①

CH3OH（1）+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O（1） △H=-726.5kJ·mol-1 ②

用②-①得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1。

（3）①根據(jù)題給圖像分析可知，250℃時，0～10min甲醇生成了0.15mol，則反應(yīng)消耗氫氣0.45mol， H2反應(yīng)速率為0.45mol÷(2L×10min)=0.0225mol/(L·min)，錯誤；②根據(jù)“先拐先平，溫高壓大”，250℃大于T℃，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，則該反應(yīng)在T時生成甲醇的速率比250℃時的小，正確；③T時，若3v(CO)=v(H2)，沒有指明正逆反應(yīng)，無法說明該反應(yīng)達到平衡，錯誤；④該反應(yīng)是在密閉恒容的容器中進行，混合氣體的密度始終保持不變，則密度不變不能說明該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)，錯誤；⑤根據(jù)上面分析，250℃大于T℃，溫度升高，甲醇的生成量降低，說明平衡逆向移動，則平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率：T℃時大于250℃時，正確；答案選②⑤。

（4）利用化學(xué)平衡的三段模式法計算：

CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g)

起始 1 3 0 0

變化 a 3a a a

平衡 1-a 3-3a a a

根據(jù)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：(4-2a)/4=1-a/2

（5）燃料電池是原電池的一種，負極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中，甲醇燃料電池的負極反應(yīng)式為CH3OH－6e－+8OH－=CO32－+6H2O。