Question

實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排和”和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項(xiàng)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），下圖1 表示該反應(yīng)能量（單位為 kJ．mol^-1）變化：
（1）如圖表示反應(yīng)的能量變化關(guān)系，則此反應(yīng)為

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，其中△H=

 

（用含有a、b的關(guān)系式表示）．
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充人1molCO₂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 和 CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如上圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，CH₃OH的平均反應(yīng)速率V（CH₃OH）=

 

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

．
③下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是

 

（填字母）．
A．升高溫度   B．將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出C．選擇高效催化劑  D．再充入1molCO₂和4molH₂
（3）25℃，1.01x10⁵Pa時(shí)，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ 的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

 

．
（4）選用合適的合金為電扱，以熔融K₂CO₃為電解液，可以制成一種以甲醇、空氣為原料的燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式是：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理,反應(yīng)速率的定量表示方法

專題：

分析：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；△H=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和；
（2）二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；
①根據(jù)c=

△c

△t

計(jì)算v（CH₃OH）；
②平衡常數(shù)等于生成物的濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪之積除以反應(yīng)物的濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪之積，
③依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的影響因素和條件逐項(xiàng)分析判斷：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
B、將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，減小生成物的量平衡正向進(jìn)行；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡；
D、再充入l molCO₂和3molH₂，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ的熱量，則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出熱量=363.3kJ×

1mol×32g/mol

16g

=726.6kJ，依據(jù)書寫熱化學(xué)方程式的方法寫出甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式；
（4）負(fù)極上甲醇失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水．

解答： 解：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=（a-b）KJ/mol；
故答案為：放熱；（a-b）KJ/mol；
（2）二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：
①v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min）；
故答案為：0.075mol/（L?min）；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CH 3OH)?c(H 2O)

c(CO 2)?c 3(H 2)

，
故答案為：

c(CH 3OH)?c(H 2O)

c(CO 2)?c 3(H 2)

；
③措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；故A錯(cuò)誤；
B、將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進(jìn)行，故B正確；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡，故C錯(cuò)誤；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，故D正確；
故選：BD；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ的熱量，則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出熱量=363.3kJ×

1mol×32g/mol

16g

=726.6kJ，故甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1；
（4）負(fù)極上甲醇失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了反應(yīng)的焓變判斷，熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)平衡的影響因素，化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、原電池的原理等，圖象分析是關(guān)鍵，難度中等．