Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應進行過程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化．
（1）關于該反應的下列說法中，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自發(fā)進行．
（2）該反應平衡常數(shù)K的表達式為

 

．
（3）溫度降低，平衡常數(shù)K

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（4）若為兩個容積相同的密閉容器，現(xiàn)向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3mol H₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同的溫度下進行反應，達到平衡時，甲容器內n（CH₃OH）

 

（填“大于”“小于”或“等于”）乙容器內n（CH₃OH）．
（5）已知：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-116kJ?mol^-1；
CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ?mol^-1；
寫出CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式

 

．
（6）以甲醇和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質溶液構成電池．
①負極的電極反應式為

 

．
②若以石墨為電極，電解硫酸銅溶液，寫出電解的總反應方程式

 

．若以此燃料電池電解200mL 0.8mol/L的硫酸銅溶液，當消耗1.6甲醇時，在陰極會析出

 

g銅．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,反應熱和焓變,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數(shù)的含義

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)反應物和生成物能量相對大小判斷焓變；該反應是放熱反應，則降低溫度有利于該反應進行；
（2）K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
（3）降低溫度，平衡向放熱反應方向移動，平衡向正反應方向移動；
（4）采用一邊倒的方法知，二者為等效平衡；
（5）根據(jù)蓋斯定律計算；
（6）①燃料電池中，負極上燃料失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
②用石墨電解硫酸銅溶液時，陰極上銅離子放電，陽極上氫氧根離子放電，根據(jù)轉移電子相等計算．

解答： 解：（1）根據(jù)圖象知，生成物能量小于反應物能量，所以該反應的正反應是放熱反應，則△H＜0，該反應的正反應是放熱反應，所以降低溫度有利于平衡向正反應方向移動，故答案為：小于；較低；
（2）K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，故答案為：K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
（3）該反應的正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，所以生成物濃度增大，反應物濃度減小，則化學平衡常數(shù)增大，故答案為：增大；
（4）采用一邊倒的方法知，二者為等效平衡，所以兩個容器內達到平衡狀態(tài)時，甲容器內n（CH₃OH）等于乙容器內n（CH₃OH），故答案為：等于；
（5）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-116kJ?mol^-1；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ?mol^-1；
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ?mol^-1；
將方程式2②+4③-2①得2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=2（-283kJ?mol^-1）+4（-242kJ?mol^-1）-2（-116kJ?mol^-1）=-1302kJ/mol，
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol；
（6）①甲醇燃料電池中，負極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
②用石墨電解硫酸銅溶液時，陰極上銅離子放電，陽極上氫氧根離子放電，電池反應式為2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，消耗1.6g甲醇轉移電子的物質的量=

1.6g

32g/mol

×6=0.3mol，銅離子完全析出轉移電子物質的量=0.8mol/L×0.2L×2=0.32mol＞0.3mol，所以溶液中還有銅離子剩余，則析出銅的質量=

0.3mol

2

×64g/mol=9.6g，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺；9.6．

點評：本題考查較綜合，涉及蓋斯定律、原電池和電解池原理、等效平衡、反應熱等知識點，根據(jù)蓋斯定律內涵、離子放電順序和電極反應式等知識點來分析解答即可，這些都是考試熱點，化學平衡的有關習題還常�？疾榛瘜W平衡狀態(tài)的判斷、反應速率的計算、外界條件對平衡的影響當知識點，注意（4）②中要計算銅是否完全析出，為易錯點．