Question

二氧化碳是引起“溫室效應”的主要物質，節能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放．
（1）有一種用CO₂生產甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：

 

．
（2）在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，發生的反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．

①能說明該反應已達平衡狀態的是

 

．
A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化
C．單位時問內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4mol H₂O
D．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變    
②從0min到10min，v（H₂）=

 

．
③下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

（選填編號）．    
A．升高溫度
B．恒溫恒容下充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
④計算該溫度下此反應的平衡常數K=

 

．若改變

 

條件（填選項），可使K=1．
A．增大壓強   B．增大反應物濃度  C．降低溫度  D．升高溫度  E．加入催化劑
（3）某甲醇燃料電池原理如圖2所示
①則M區發生的電極反應式為

 

．
②用上述電池做電源，用圖3裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極）．則該電解反應的總反應的離子方程式為：

 

．假設溶液體積為300mL，當溶液的pH值為13時（在室溫下測定），理論上消耗甲醇的質量為

 

（忽略溶液體積變化）．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線,反應熱和焓變,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1 ，反應時氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，個成分含量保持不變，分析選項；
②依據圖象分析計算二氧化碳的反應速率，結合反應速率之比等于化學方程式計量數之比計算氫氣的反應速率；
③結合平衡移動方向，分析判斷能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大選項；
④依據平衡濃度計算費用平衡常數，結合平衡常數增大需要平衡正向進行，平衡常數隨溫度變化分析判斷；
（3）①依據原電池裝置圖象分析，氫離子移向正極，所以M為原電池負極，N為正極，負極是甲醇燃料失電子在酸性介質中生成二氧化碳，據此書寫電極反應；
②電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，結合化學方程式書寫離子方程式；依據電子守恒計算消耗甲醇質量．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，
依據蓋斯定律計算③×

3

2

+2④-①-②得到表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），反應是氣體體積減小的放熱反應；
A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變，是破壞標志，故A符合；
B．平衡氣體質量不變，反應前后氣體物質的量減小，混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化，說明反應達到平衡，故B符合；
C．單位時問內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4mol H₂O，只能表示反應正向進行，不能說明反應達到平衡，故不符合；
D．化學方程式定量關系可知，反應過程中和平衡狀態下，反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變，不能說明反應達到平衡，故D不符合；
故答案為：AB；       
②圖象分析可知二氧化碳的反應速率V（CO₂）=

1.00mol/L-0.75mol/L

10min

=0.025mol/L?min；
反應速率之比等于化學方程式計量數之比，V（H₂）=3V（CO₂）=3×0.025mol/L?min=0.075 mol?L^-1?min^-1；
故答案為：0.075 mol?L^-1?min^-1；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），反應是氣體體積減小的放熱反應；下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是
A．反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

減小，故A不符合；
B．恒溫恒容下充入He（g），總壓增大，分壓不變，平衡不動，使

n(CH3OH)

n(CO2)

不變，故B不符合；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向進行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故C符合；
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂ ，增大壓強平衡正向進行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故D符合；
故答案為：CD；       
④依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度計算平衡常數
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）   1       1.5         0        0
變化量（mol/L）  0.25     0.75       0.25     0.25
平衡量（mol/L）  0.75     0.75       0.25     0.25
平衡常數K=

0.25×0.25

0.75×0.753

≈0.20；
改變條件使平衡常數K=1，平衡需要正向進行，平衡常數隨溫度變化，不隨濃度，壓強催化劑改變；
A．增大壓強，平衡正向進行，平衡常數不變，故A不符合；  
 B．增大反應物濃度，平衡正向進行，平衡常數不變，故B不符合；  
C．降低溫度平衡正向進行，平衡常數增大，故C符合；
D．升高溫度，平衡逆向進行，平衡常數減小，故D不符合；  
E．加入催化劑改變反應速率，不改變化學平衡，平衡常數不變，故E不符合；
故答案為：0.20；C；
（3）①依據原電池裝置圖象分析，氫離子移向正極，所以M為原電池負極，N為正極，負極是甲醇燃料失電子在酸性介質中生成二氧化碳，電極反應為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，結合化學方程式書寫離子方程式為：2Cl^-+2H₂O 

通電  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；
溶液體積為300mL，當溶液的pH值為13時，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=0.1mol/L，生成氫氧根離子物質的量=消耗氫離子物質的量=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，依據電極反應和電子守恒計算，CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑，CH₃OH～6H+，甲醇物質的量=0.005mol，質量=0.005mol×32g/mol=0.16g；
故答案為：2Cl^-+2H₂O 

通電  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；0.16g．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算分析化學平衡影響因素，平衡移動原理的分析判斷，注意圖象分析應用，原電池、電解池原理的分析判斷，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．