Question

（14分）實現(xiàn) “節(jié)能減排” 和“低碳經(jīng)濟”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：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，下圖1表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol^-1)的變化：

（1）關(guān)于該反應的下列說法中，正確的是____________(填字母)。

A．DH＞0，DS＞0   B．DH＞0，DS＜0   C．DH＜0，DS＜0    D．DH＜0，DS＞0

（2）為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如上圖2所示。

①從反應開始到平衡，CH₃OH的平均反應速率

v(CH₃OH) ＝              mol·(L·min)^-1；

H₂的轉(zhuǎn)化率 =          

②該反應的平衡常數(shù)表達式K＝               

③下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是             (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3 molH₂

（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，寫出表示CH₃OH燃燒熱的熱化學方程式：                                   

（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，此電池的負極電極反應式                               

 

Answer 1

【答案】

（1）C  （2）①0.075　75%　�、�     ③BD

（3）CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)=CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－726.6kJ/mol。

（4）CH₃OH－6e^－＋8OH^－=CO₃^2－＋6H₂O

【解析】（1）根據(jù)圖1可知反應物的總能量高于生成物的總能量，所以是放熱反應。根據(jù)反應式可判斷，這是一個熵值減小的可逆反應，所以答案選C。

（2）①根據(jù)圖像可知反應進行到10min時，反應達到化學平衡狀態(tài)，此時甲醇的物質(zhì)的量濃度是0.75mol/L，所以由方程式可知消耗氫氣的物質(zhì)的量濃度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L。因此甲醇的反應速率為，氫氣的轉(zhuǎn)化率是。

②平衡常數(shù)是指可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以該反應的平衡常數(shù)表達式為K＝。

③升高溫度平衡向逆反應方向移動，A不正確。選項B相當于降低生成物濃度，平衡向正反應方向移動，B正確。催化劑不能改變平衡狀態(tài)，C不正確。選項D相當于增大壓強，平衡向正反應方向移動，正確。所以答案選BD。

（3）燃燒熱是指在一定條件下，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，所以甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)=CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－726.6kJ/mol。

（4）在原電池中負極失去電子，所以甲醇在負極通入，電解質(zhì)是氫氧化鈉，所以負極反應式為CH₃OH－6e^－＋8OH^－=CO₃^2－＋6H₂O。