Question

8．環境問題已經是我國面臨的重大問題．
Ⅰ．減少二氧化碳的排放是一項重要客題．研究表明，CO₂經催化加氫可合成低碳醇．
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂0（g）△H       
幾種化學鍵的鍵能知表所示

化學鍵	C=O	H-H	C-C	C-H	O-H	C-O
鍵能/kJ、mol-1	803	436	332	409	463	326

（1）通過計算得出△H=-28kJ/mol．
（2）在1.0L恒密閉容器中投入1molCO₂和2.75molH₂發生該反應，實驗測得不同溫度壓強下，平衡時甲醇的物質的量如圖所示．當壓強為P₂，溫度為512K時，向該容器中投入1molCO₂、0.5molH₂、2molCH₂OH、0.6molH₂O，平衡向逆方向移動．
（3）以CH₃OH、空氣（O₂含量20%）、KOH溶液為原料，以石墨為電極可直接構成燃料電池，則該電池的負極反應式為CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O，用該電池電解500mL1mol/LCuSO₄溶液，當燃料電池消耗標況下56L空氣時，計算理論上兩極電解產生氣體的總物質的量1mol．

Answer 1

分析 （1）化學反應的焓變等于反應物各個化學鍵鍵能之和個產物各個物質化學鍵鍵能之和的差；
（2）由圖可知，M點對應的甲醇產量為0.25mol，據此列三段式結合平衡常數K的計算公式進行計根據，利用濃度熵和平衡常數之間的關系來判斷反應的方向；
（3）原電池負極發生氧化反應，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，根據電極反應式結合電子守恒進行計算．

解答 解：（1）化學反應的焓變等于反應物各個化學鍵鍵能之和個產物各個物質化學鍵鍵能之和的差，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂0（g）△H=2×803+436×3-（409×3+326+463×3）=-28（kJ/mol）；故答案為：-28kJ/mol；
（2）由圖可知，M點對應的甲醇產量為0.25mol，則
      CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1        2.75       0         0
反應 0.25     0.75      0.25      0.25
平衡 0.75      2        0.25      0.25
又體積為1.0L，所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×{2}^{3}}$=1.04×10^-2，向該容器中投入1molCO₂、0.5molH₂、2molCH₂OH、0.6molH₂O，Qc=$\frac{0.6×2}{1×0．{5}^{3}}$=9.6＞K，所以平衡向
逆方向移動，故答案為：逆；
（3）放電時，負極上甲醇失電子發生氧化反應，甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O，燃料電池消耗標況下56L即2.5mol空氣時，此時消耗氧氣的物質的量是0.5mol，根據正極反應：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，轉移電子是2mol，電解硫酸銅，陽極上電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，產生氧氣是0.5mol，陰極上依次發生：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，500mL1mol/LCuSO₄中含有銅離子是0.5mol，轉移電子是1mol，所以氫離子得到電子是1mol，產生氫氣0.5mol，理論上兩電極上電解產生氣體的總物質的量是1mol，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O；1mol．

點評 本題涉及化學平衡常數的計算和應用、反應熱的計算以及原電池的工作原理知識，注意知識的遷移應用是解題的關鍵，難度不大．