Question

【題目】目前工業上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇（CH3OH）。一定條件下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，圖1表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol—1)的變化。

（1）該反應為_________熱反應，原因是_____________________。

（2）下列能說明該反應已經達到平衡狀態的是_________(填序號)

A．v (H2)=3v(CO2) B．容器內氣體壓強保持不變

C．v逆(CO2)=v正(CH3OH) D．容器內氣體密度保持不變

E．CH3OH 中1 mol H—O鍵斷裂的同時2 mol C=O鍵斷裂

F. 混合氣體的平均摩爾質量不變

（3）在體積為1 L的密閉容器中，充入1 molCO2和3 molH2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖2所示。從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v (H2)=________。 達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強比____________。

（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極的電極反應為________________，

與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極物質時，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的___________倍（保留小數點后1位）。

Answer 1

【答案】 放熱 生成物的能量低于反應物的能量 BCEF 0.225 5:8 CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2 19.4

【解析】（1）由圖可知，反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應；（2）A．v (H2)= 3v(CO2) ，始終存在，不能判斷正逆反應速率關系，不能判定平衡狀態，A錯誤；B．該反應為氣體體積不等的反應，則容器內氣體壓強保持不變，達到平衡狀態，B正確；C．v逆(CO2)= v正(CH3OH) ，可知正逆反應速率相等，能判定平衡狀態，C正確；D．混合氣體的質量、體積不變，則容器內氣體密度始終保持不變，不能判定平衡狀態，D錯誤；E．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂，可知正逆反應速率相等，能判定平衡狀態，E正確；F．混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以混合氣體的平均摩爾質量不變說明反應達到平衡狀態，F正確；答案選BCEF；（3）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

開始 1 3 0 0

轉化 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡 0.25 0.75 0.75 0.75

從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v （H2）=2.25mol/L÷10min=0.225mol/（L·min）；達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強之比為(0.25+0.75+0.75+0.75):(1+3)=5：8；

（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極的電極反應式為CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；鉛蓄電池中負極材料為Pb，氧化為PbSO4，甲醇燃料電池中負極通入甲醇，氧化生成CO2，相同質量提供電子數目之比為=32：621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的621/32=19.4倍。