Question

2011年11月28日至12月9日，聯(lián)合國氣候變化框架公約第17次締約方會(huì)議在南非德班召開，隨著人類對溫室效應(yīng)和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3.25mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測定CO₂、CH₃OH（g）和H₂O （g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示：
①寫出該工業(yè)方法制取甲醇的化學(xué)反應(yīng)方程式

 

．
②從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v （H₂）=

 

 mol/（Lmin）．
③該條件下CO₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．當(dāng)溫度降低時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率變大，則該反應(yīng)△H

 

0（填“＞”“＜”或“=”）．
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高溫度    B．充入氮?dú)?br />C．將水蒸氣從體系中分離    D．用更有效的催化劑
（2）選用合適的合金作為電極，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，此燃料電池負(fù)極的電極方程式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)題目內(nèi)容可知，該工業(yè)方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水；
②根據(jù)三段式計(jì)算出反應(yīng)混合物各組分的濃度變化量、平衡時(shí)的濃度，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算出v（H₂）；
③根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計(jì)算平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；當(dāng)溫度降低時(shí)K值變大，說明平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，溫度降低平衡向放熱反應(yīng)進(jìn)行；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)分析；
（2）甲醇為原料的燃料電池中，燃料甲醇為負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，堿性條件下生成CO₃^2-．

解答：解：（1）①該工業(yè)方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水，反應(yīng)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；
②根據(jù)三段式計(jì)算
                  CO₂（g）+3 H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1          3.25           0          0
變化（mol/L）：0.75        2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25         1             0.75       0.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L．min），
故答案為：0.225mol/（L．min）；
③平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為

0.75mol/L

1mol/L

×100%=75%，當(dāng)溫度降低時(shí)K值變大，說明平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，溫度降低平衡向吸放熱反應(yīng)進(jìn)行，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：75%；＜；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入N₂氣，參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故C正確；
D．用更有效的催化劑，平衡不移動(dòng)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（2）甲醇為原料的燃料電池中，燃料甲醇為負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，堿性條件下生成CO₃^2-，其電極反應(yīng)式為CH₃OH-6 e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)以及電化學(xué)等知識(shí)，題目難度中等，注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡移動(dòng)方向的判斷．