Question

科學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生成甲醇，并開發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液態水消耗的能量是

 

kJ；
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為

 

；
（3）用甲醇與氧氣在堿性條件下形成燃料電池的負極電極離子方程式為

 

（4）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇（CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O）
在其他條件不變得情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說法正確的是

 

（填序號）
①溫度為T₁時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均速率為v（CH₃OH）=n_A/t_A mol?L^-1?min^-1
②該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的小
③該反應為放熱反應
④處于A點的反應體系從T₁變到T₂，達到平衡時n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（5）在T₁溫度時，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉化率為a，則容器內的壓強與起始壓強之比為

 

．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數與反應熱的關系來計算；
（2）根據CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式；
（3）燃料電池的負極上是燃料發生失電子的氧化反應，根據電解質環境來回答，甲醇失電子在堿溶液中生成碳酸鹽和水；
（4）利用圖象中甲醇的變化來計算反應速率，并利用圖象中時間與速率的關系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（5）根據化學平衡的三段法計算平衡時各物質的物質的量，再利用反應前后氣體的物質的量之比等于壓強之比來解答．

解答： 解：（1）由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，
即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1 
由蓋斯定律可知，②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），則△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）燃料電池的負極上是燃料甲醇發生失電子的氧化反應，電解質環境是堿性，則電極反應為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）根據題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態CH₃OH的物質的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，則T₁時的平衡常數比T₂時的大，③、④正確，②中該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的大，故②錯誤，①中按照其計算速率的方法可知反應速率的單位錯誤，應為mol?min^-1，故①錯誤，
故答案為：③④；
（5）由化學平衡的三段模式法計算可知，
                CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1        3       0          0
轉化（mol）：a       3a       a          a
平衡（mol）：1-a       3-3a     a          a
根據相同條件下氣體的壓強之比等于物質的量之比，即（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=

4-2a

4

；
故答案為：

4-2a

4

．

點評：本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式的書寫、化學平衡的相關知識，該題對這些知識的要求比較高，綜合性強，解答本題比較費時，該題難度較大．