Question

19．2009年12月7日～18日在丹麥?zhǔn)锥几绫竟�根召開了世界氣候大會(huì)，商討《京都議定書》一期承諾到期后的后續(xù)方案，即2012年至2020年的全球減排協(xié)議，大會(huì)倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”，降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．過渡排放CO₂會(huì)造成“溫室效應(yīng)”，科學(xué)家正在研究如何將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）十3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖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C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0
B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜O
D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在1L固定體積的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），經(jīng)測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，CO₂的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.075 mol•L^-1•min^-1．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
③下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是BD．（填字母）
A．升高溫度B．將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出
C．選擇高效催化劑D．再充入1molCO₂和3molH₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出362.9kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8 kJ•mol^-1．
（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)極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水；其正極的電極反應(yīng)式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），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；
（2）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(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)平衡三段式列式計(jì)算判斷；②依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念書寫平衡常數(shù)計(jì)算式；③依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的影響因素和條件逐項(xiàng)分析判斷；
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
B、將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，減小生成物的量平衡正向進(jìn)行；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡；
D、再充入l molCO₂和3molH₂，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出362.9kJ的熱量，依據(jù)書寫熱化學(xué)方程式的方法寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8 kJ•mol^-1；
（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，原電池的負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子的是甲醇，此電池的負(fù)極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水；負(fù)極的電極反應(yīng)式結(jié)合化學(xué)方程式為2CH₃OH+3O₂+4KOH→2K₂CO₃+6H₂O；正極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；依據(jù)電子守恒，用化學(xué)方程式減去正極電極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），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）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(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             4                  0                0
變化量（mol/L） 0.75      2.25             0.75               0.75
平衡量（mol/L） 0.25       1.75            0.75              0.75
CO₂的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1 ；故答案為：0.075 mol•L^-1•min^-1；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；故A錯(cuò)誤；
B、將CH₃OH（g）及時(shí)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(cuò)誤；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，故D正確；
故選BD；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇物質(zhì)的量為0.5mol，完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出362.9kJ的熱量，依據(jù)書寫熱化學(xué)方程式的方法寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8 kJ•mol^-1；
（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，原電池的負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子的是甲醇，此電池的負(fù)極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水；負(fù)極的電極反應(yīng)式結(jié)合化學(xué)方程式為2CH₃OH+3O₂+4KOH→2K₂CO₃+6H₂O；正極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；依據(jù)電子守恒，用化學(xué)方程式減去正極電極反應(yīng)得到負(fù)極電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+16OH^?-12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案為：甲醇、氫氧化鈉、水；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)的焓變判斷，熱化學(xué)方程式的書寫原則，電極反應(yīng)和電池反應(yīng)的分析書寫，化學(xué)平衡的影響因素判斷平衡移動(dòng)方向，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．