Question

科學(xué)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(yīng)生成甲醇：（CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O），并開發(fā)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水消耗的能量是

 

kJ．
（2）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的 平均速率為v（CH₃OH）=

nA

tA

 mol?L^-1?min^-1
②該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的小
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)

n(H2)

n(CH3OH)

增大
（3）在T₁溫度時(shí)，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為α，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為

 

（用α表示）．
（4）已知甲醇燃燒的化學(xué)方程式為2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為

 

，正極的反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計(jì)算；
（2）根據(jù)圖象中甲醇的變化來計(jì)算反應(yīng)速率，并利用圖象中時(shí)間與速率的關(guān)系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比來解答；
（4）利用原電池原理、氧化還原反應(yīng)的有關(guān)原理及元素守恒和電荷守恒，可寫出電極反應(yīng)．

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）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，
又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，③、④正確，②中該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，則②錯(cuò)誤，①中按照其計(jì)算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯(cuò)誤，應(yīng)為mol?min^-1，則①錯(cuò)誤，
故答案為：③④；
（3）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知，
CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始  1        3       0        0
變化  a        3 a      a        a
平衡 1-a       3-3a     a        a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為

(1-a+3-3a+a+a)

1+3

=

2-a

2

，故答案為：

2-a

2

；
（4）由燃料電池是原電池的一種，負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在甲醇燃燒生成二氧化碳和水的反應(yīng)中，甲醇是還原劑，氧氣是氧化劑，所以甲醇在正極發(fā)生得電子反應(yīng)，氧氣在負(fù)極發(fā)生失電子反應(yīng)，但在酸性介質(zhì)中，正極不會(huì)生成大量氫離子，則電解質(zhì)參與電極反應(yīng)，所以甲醇燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，正極反應(yīng)式O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；

點(diǎn)評：本題主要考查了燃燒熱、蓋斯定律、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、原電池原理等重要知識，難度中等，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵．