Question

【題目】實現 “節(jié)能減排” 和“低碳經濟”的一項重要課題就是如何將CO2轉化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，下圖1表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol－1)的變化。

（1）關于該反應的下列說法中，正確的是_________(填字母)。

A．ΔH＜0，ΔS＜0 B．ΔH＞0，ΔS＜0

C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＞0

（2）為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO2和4 mol H2，一定條件下發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如上圖2所示。

①從反應開始到平衡，H2的平均反應速率v(H2)＝________；CO2的轉化率w(CO2)＝________。

②該反應的平衡常數K＝_____________。（只列表達式和計算式，不必計算出結果）

③下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是________________(填字母)。

A．將CH3OH(g)及時液化抽出 B．升高溫度

C．選擇高效催化劑 D．再充入l molCO2和4 molH2

（3）25℃，1.01×105Pa時，16 g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態(tài)時，放出350.8kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：______________________。

（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，其負極的電極反應式是：______________________。

Answer 1

【答案】A 0.225 mol·L－1·min－1 75% （＝0.42 L2/mol2，不必求出結果） A、D CH3OH (l)＋3/2O2(g）＝CO2(g)＋2H2O (l） ΔH＝－701.6 kJ·mol－1 CH3OH＋8OH－－6e－＝CO32－＋6H2O

【解析】

（1）依據反應和圖象分析判斷：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），反應是熵減少的反應，△S＜0；反應物能量高于生成物的能量，可判斷該反應是放熱反應，△H＜0，答案選A。

（2）在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO2和4mol H2，一定條件下發(fā)生反應：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；則

①依據化學平衡三段式：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol/L）1 4 0 0

變化量（mol/L）0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol/L）0.25 1.75 0.75 0.75

從反應開始到平衡，H2的平均反應速率v(H2)＝2.25mol/L÷10min= 0.225 mol·L－1·min－1；CO2的轉化率w(CO2)＝0.75÷1×100%=75%。

②該反應的平衡常數表達式K=，

③A．將CH3OH(g)及時液化抽出，平衡正向移動，A項正確；B．該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，B項錯誤；C．選擇高效催化劑，平衡不移動，C項錯誤；D．再充入l molCO2和4 molH2，相當于增大壓強，平衡正向移動，D項正確；答案選AD。

（3）25℃，1.01×105Pa時，16g 液態(tài)甲醇物質的量為0.5mol，完全燃燒，當恢復到原狀態(tài)時，放出350.8kJ的熱量，依據書寫熱化學方程式的方法寫出該反應的熱化學方程式為：CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H="-701.6" kJmol-1；

（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，原電池的負極失電子發(fā)生氧化反應，失電子的是甲醇，此電池的負極應加入或通入的物質有甲醇、氫氧化鈉、水，負極的電極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－＝CO32－＋6H2O。