Question

15．實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項重要課題就是如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂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＞0，△S＜0  C．△H＜0，△S＜0  D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如上圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，CO₂的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）；
②下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是BD （填字母）．
A．升高溫度  B．將CH₃OH（g）及時液化抽出  C．選擇高效催化劑  D．再充入l molCO₂和4molH₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6kJ/mol．
（4）選用合適的合金為電極，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，此電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式是：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，則為熵減的反應(yīng)；
（2）①由圖2可知，CO₂的濃度變化量為（1-0.25）mol/L=0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
②A．升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；
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．再充入l molCO₂和4molH₂，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動；
（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(xué)方程式；
（4）堿性甲醇燃料電池為原電池，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．

解答 解：反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，則為熵減的反應(yīng)，即△H＜0，△S＜0，
故選：C；
（2）①由圖2可知，CO₂的濃度變化量為（1-0.25）mol/L=0.75mol/L，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），
故答案為：0.075mol/（L•min）；
②A．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，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動，故C錯誤；
D．再充入l molCO₂和4molH₂，壓強(qiáng)增大，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，則平衡正向移動，故D正確，
故選：BD；
（3）16g 液態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時放出363.3kJ熱量，則1mol甲醇燃燒放出的熱量=363.3kJ×$\frac{1mol/L×32g/mol}{16g}$=726.6kJ，故熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6kJ/mol；
（4）堿性甲醇燃料電池為原電池，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，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、反應(yīng)速率、熱化學(xué)方程式、原電池等，屬于拼合型題目，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．