Question

8．環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)是我國(guó)面臨的重大問(wèn)題．
Ⅰ．減少二氧化碳的排放是一項(xiàng)重要客題．研究表明，CO₂經(jīng)催化加氫可合成低碳醇．
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂0（g）△H       
幾種化學(xué)鍵的鍵能知表所示

化學(xué)鍵	C=O	H-H	C-C	C-H	O-H	C-O
鍵能/kJ、mol-1	803	436	332	409	463	326

（1）通過(guò)計(jì)算得出△H=-28kJ/mol．
（2）在1.0L恒密閉容器中投入1molCO₂和2.75molH₂發(fā)生該反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度壓強(qiáng)下，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量如圖所示．當(dāng)壓強(qiáng)為P₂，溫度為512K時(shí)，向該容器中投入1molCO₂、0.5molH₂、2molCH₂OH、0.6molH₂O，平衡向逆方向移動(dòng)．
（3）以CH₃OH、空氣（O₂含量20%）、KOH溶液為原料，以石墨為電極可直接構(gòu)成燃料電池，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O，用該電池電解500mL1mol/LCuSO₄溶液，當(dāng)燃料電池消耗標(biāo)況下56L空氣時(shí)，計(jì)算理論上兩極電解產(chǎn)生氣體的總物質(zhì)的量1mol．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物各個(gè)化學(xué)鍵鍵能之和個(gè)產(chǎn)物各個(gè)物質(zhì)化學(xué)鍵鍵能之和的差；
（2）由圖可知，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲醇產(chǎn)量為0.25mol，據(jù)此列三段式結(jié)合平衡常數(shù)K的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)根據(jù)，利用濃度熵和平衡常數(shù)之間的關(guān)系來(lái)判斷反應(yīng)的方向；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）化學(xué)反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物各個(gè)化學(xué)鍵鍵能之和個(gè)產(chǎn)物各個(gè)物質(zhì)化學(xué)鍵鍵能之和的差，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂0（g）△H=2×803+436×3-（409×3+326+463×3）=-28（kJ/mol）；故答案為：-28kJ/mol；
（2）由圖可知，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲醇產(chǎn)量為0.25mol，則
      CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始 1        2.75       0         0
反應(yīng) 0.25     0.75      0.25      0.25
平衡 0.75      2        0.25      0.25
又體積為1.0L，所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×{2}^{3}}$=1.04×10^-2，向該容器中投入1molCO₂、0.5molH₂、2molCH₂OH、0.6molH₂O，Qc=$\frac{0.6×2}{1×0．{5}^{3}}$=9.6＞K，所以平衡向
逆方向移動(dòng)，故答案為：逆；
（3）放電時(shí)，負(fù)極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O，燃料電池消耗標(biāo)況下56L即2.5mol空氣時(shí)，此時(shí)消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.5mol，根據(jù)正極反應(yīng)：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，轉(zhuǎn)移電子是2mol，電解硫酸銅，陽(yáng)極上電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，產(chǎn)生氧氣是0.5mol，陰極上依次發(fā)生：Cu²⁺+2e^-→Cu，2H⁺+2e^-→H₂↑，500mL1mol/LCuSO₄中含有銅離子是0.5mol，轉(zhuǎn)移電子是1mol，所以氫離子得到電子是1mol，產(chǎn)生氫氣0.5mol，理論上兩電極上電解產(chǎn)生氣體的總物質(zhì)的量是1mol，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O；1mol．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用、反應(yīng)熱的計(jì)算以及原電池的工作原理知識(shí)，注意知識(shí)的遷移應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，難度不大．