Question

（2011?江西）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，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

2858

kJ；
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

；
（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，考察溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如下圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說法正確的是

③④

（填序號）
①溫度為T₁時，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時的平衡常數(shù)比T₂時的小
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達到平衡時

n(H2)

n(CH3OH)

增大
（4）在T₁溫度時，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為

2-a

2

；
（5）在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負極的反應(yīng)式為

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

，正極的反應(yīng)式為

3

2

O₂+6H⁺+6e^-=3H₂O

．理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為

96.6%

（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比）．

Answer 1

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)計量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計算；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)圖象中甲醇的變化來計算反應(yīng)速率，并利用圖象中時間與速率的關(guān)系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比來解答；
（5）根據(jù)原電池中負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，并考慮電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng)來分析，并利用電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比來計算燃料電池的理論效率．

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）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）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1            
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），
該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則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，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，③、④正確，②中該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，則②錯誤，①中按照其計算速率的方法可知
反應(yīng)速率的單位錯誤，應(yīng)為mol?min^-1，則①錯誤，故答案為：③④；
（4）由化學(xué)平衡的三段模式法計算可知，
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之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為

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

1+3

=

2-a

2

，
故答案為：

2-a

2

；
（5）由燃料電池是原電池的一種，負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，甲醇燃燒生成二氧化碳和水，
但在酸性介質(zhì)中，正極不會生成大量氫離子，則電解質(zhì)參與電極反應(yīng)，甲醇燃料電池的負極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
正極反應(yīng)式為

3

2

O₂+6H⁺+6e^-=3H₂O，又該電池的理論效率為消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能與其燃燒熱之比，則電池的理論效率為

702.1

726.5

×100%=96.6%，故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；

3

2

O₂+6H⁺+6e^-=3H₂O；96.6%．

點評：本題綜合性較強，考查知識點較多，注重了對高考熱點的考查，學(xué)生應(yīng)熟悉燃燒熱、蓋斯定律、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、原電池等重要知識來解答．