Question

【題目】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水消耗的能量是_____________；

（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）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，考查溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列說法正確的是________（填序號）

a．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)=mol·L-1·min-1

b．T1> T2

c．該反應為放熱反應

d．處于A點的反應體系從T1變到T2，達到平衡時增大

（4）在T1溫度時，將1molCO2和3molH2充入一密閉恒容器中，充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為α, 則容器內的壓強與起始壓強之比為_______________________；

（5）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質溶液為堿性，負極的反應式為________________________________________________________。

Answer 1

【答案】2858kJCH3OH(l) ＋O2(g)＝CO(g)+2 H2O(l) △H＝-443.5kJ·mol-1cd （或1－0.5α）CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O

【解析】

（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ·mol-1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O放出熱量285.8kJ，即分解1molH2O（l）為1molH2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10molH2O消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，故答案為：2858 kJ；（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）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ·mol-1；②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJ·mol-1；由蓋斯定律可知用②-①得反應CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），該反應的反應熱△H=-726.5kJ·mol-1-（-283.0kJ·mol-1）=-443.5kJ·mol-1，故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJ·mol-1；（3）a．一般反應速率用單位時間內反應物或生成物濃度的變化量來描述反應的快慢，其單位應為mol·L-1·min-1，則a錯誤；b.根據題給圖象分析可知，T2先達到平衡則T2＞T1，故b錯誤；c.又溫度高時平衡狀態CH3OH的物質的量少，則說明可逆反應CO2+3H2CH3OH+H2O向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，故c正確；d. 從A點的反應體系從T1變到T2時，平衡向逆反應移動，n（CH3OH）減小，n（H2）增大，增大，故d正確；答案選cd；（4）由化學平衡的三段法計算可知，

根據相同條件下氣體的壓強之比等于物質的量之比，則容器內的壓強與起始壓強之比為（1-a+3-3a+2a）:（1+3）=（2-a）:2，故答案為： （或1－0.5α）。（5）由燃料電池是原電池的一種，負極失電子發生氧化反應，正極得電子發生還原反應，負極反應式為：CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O。