Question

由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問(wèn)題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開(kāi)發(fā)利用，引起了各國(guó)的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，如圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中能量(單位為kJ·mol^－1)的變化。

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說(shuō)法中，其△H      0。(填“大于”、“小于”或“等于”)， 且在      （填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

（2）該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為                。

（3）溫度降低，平衡常數(shù)K             (填“增大”、“不變”或“減小”)。

（4）若為兩個(gè)容積相同的密閉容器,現(xiàn)向甲容器中充入1 mol CO₂(g)和3 molH₂(g)，乙容器中充入1mol CH₃OH(g)和1 mol H₂O(g)，在相同的溫度下進(jìn)行反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí),甲容器內(nèi)n(CH₃OH)　　    (填“大于”“小于”或“等于”)乙容器內(nèi)n(CH₃OH)。

（5）已知：CO(g)+2H₂(g) = CH₃OH (g) △H= -116 kJ•mol^-1；CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)  △H=-283 kJ•mol^-1 ；H₂ (g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)  △H=-242 kJ•mol^-1 ,寫出CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學(xué)方程式______________________________________。

（6）以甲醇和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成電池。

①負(fù)極的電極反應(yīng)式為                                     。

②若以石墨為電極，電解硫酸銅溶液，寫出電解的總反應(yīng)方程式              。若以此燃料電池電解200 mL 0.8mol/L的硫酸銅溶液，當(dāng)消耗1.6甲醇時(shí)，在陰極會(huì)析出              g銅。

 

Answer 1

【答案】

（1）小于  較低  （2）K=c(CH₃OH)·c(H₂O)/[c(CO₂)·c³(H₂)]

（3）增大 （2分）      （4）等于（2分） 

（5）2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=-1302kJ/mol（2分）

（6）①CH₃OH+8OH^- - 6e^-=CO₃^2- + 6H₂O，② 2Cu²⁺+2H₂O=Cu+O₂↑+4H⁺，  9.6

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)該反應(yīng)的能量關(guān)系圖知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H小于0；該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w物質(zhì)的量減小的放熱反應(yīng)，ΔH＜0，ΔS＜0；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)ΔH —TΔS，若該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則有ΔH —TΔS＜0，在較低溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；（2）根據(jù)題給反應(yīng)方程式知，該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為K=c(CH₃OH)·c(H₂O)/[c(CO₂)·c³(H₂)]；（3）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)K增大；（4）根據(jù)等效平衡知識(shí)知，在一定條件下的可逆反應(yīng)，無(wú)論反應(yīng)從正向開(kāi)始，還是從逆向開(kāi)始，只要最初加入的物質(zhì)的量相當(dāng)，就會(huì)達(dá)到同一平衡狀態(tài)，則達(dá)到平衡時(shí),甲容器內(nèi)n(CH₃OH)等于乙容器內(nèi)n(CH₃OH)；（5）已知：①CO(g)+2H₂(g) = CH₃OH (g) △H= -116 kJ•mol^-1；②CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)  △H=-283 kJ•mol^-1 ；③H₂ (g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)  △H=-242 kJ•mol^-1 ,根據(jù)蓋斯定律知，②×2+③×4—①×2，得CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=-1302kJ/mol ；（6）以甲醇和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成電池。①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^- - 6e^- =CO₃^2- + 6H₂O，②若以石墨為電極，電解硫酸銅溶液，電解的總反應(yīng)方程式2Cu²⁺+2H₂O=2Cu+O₂↑+4H⁺，若以此燃料電池電解200 mL 0.8mol/L的硫酸銅溶液，1.6g甲醇的物質(zhì)的量為0.05mol,根據(jù)電極反應(yīng)式知，轉(zhuǎn)移的電子為0.3mol，根據(jù)電子守恒知，在陰極會(huì)析出銅0.15mol,質(zhì)量為9.6g。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)與能量變化、蓋斯定律、燃料電池和電化學(xué)計(jì)算。