Question

6．為倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”，降低大氣中C0₂的含量及有效地開發(fā)利用C0₂科學家正在研究如何將C0₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用C0₂來生產(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1表示該反應(yīng)過程中能量（單位為kJ．mol^-1）的變化：
（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0     B．△H＞O，△S＜0
C△H＜O．△S＜O       D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為3L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件發(fā)生反應(yīng)：C0₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂0（g），經(jīng)測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，CO₂的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.025mol/（L．min）．
②此條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=48．
③下列措施中能使化學平衡向正反應(yīng)方向移動的是BD．
A．升高溫度
B．將CH₃OH（g）及時液化抽出
C．選擇高效催化劑
D．向該容器中再充入1molCO₂和3mol H₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出369.2kJ的熱量，寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-738.4 kJ•mol^-1．
（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醉、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，此電池的負極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉；其正極的電極反應(yīng)式是O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

Answer 1

分析 （1）正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故為熵減的反應(yīng)，由圖可知反應(yīng)物總能量高于生成物總能力，故為放熱反應(yīng)；
（2）在體積為3L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，10min達到平衡，平衡時二氧化碳為0.25mol、甲醇為0.75mol，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：1       3         0        0
變化量（mol）：0.75    2.25      0.75     0.75
平衡量（mol）：0.25    0.75      0.75     0.75
①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
②平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③A．升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動；
B．將CH₃OH（g）及時液化抽出，生成物濃度減小，平衡正向移動；
C．選擇高效催化劑不影響平衡移動；
D．向該容器中再充入1molCO₂和3mol H₂，反應(yīng)物濃度增大，平衡正向移動；
（3）計算1mol甲醇燃燒放出的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學方程式，注意甲醇的化學計量數(shù)為1；
（4）本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)在負極加入甲醇與氫氧化鈉，正極上還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子．

解答 解：（1）正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故為熵減的反應(yīng)，即△S＜0，由圖可知反應(yīng)物總能量高于生成物總能力，故為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故選：C；
（2）在體積為3L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，10min達到平衡，平衡時二氧化碳為0.25mol、甲醇為0.75mol，則：
            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：1        3        0          0
變化量（mol）：0.75     2.25     0.75       0.75
平衡量（mol）：0.25     0.75     0.75        0.75
①v（CO₂）=$\frac{\frac{0.75mol}{3L}}{10min}$=0.025mol/（L．min），故答案為：0.025mol/（L．min）；
②平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75}{3}×\frac{0.75}{3}}{\frac{0.25}{3}×（\frac{0.75}{3}）^{3}}$=48，故答案為：48；
③A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，故A錯誤；
B．將CH₃OH（g）及時液化抽出，生成物濃度減小，平衡正向移動，故B正確
C．選擇高效催化劑加快反應(yīng)速率，不影響平衡移動，故C錯誤
D．向該容器中再充入1molCO₂和3mol H₂，反應(yīng)物濃度增大，平衡正向移動，故D正確，
故選：BD；
（3）1mol甲醇燃燒放出的熱量為369.2kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g}$=738.4 kJ，甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-738.4 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-738.4 kJ•mol^-1；
（4）本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)在負極加入甲醇與氫氧化鈉，正極上還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子，正極電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：甲醇、氫氧化鈉；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)、熱化學方程式書寫、原電池等，是對基礎(chǔ)知識的綜合考查，難度中等．