Question

科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol^-1、-283.0kJ·mol^-1和-726.5kJ·mol^-1。请回答下列问题：

（1）写出CO燃烧的热化学方程式_____     ________；

（2）写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_____________；

（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

①温度升高该反应的平衡常数         （增大、减小、不变）

②B过程用H₂表示该反应的化学反应速率是            mol·L^-1·min^-1

（4）在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，总反应为：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-==CO₃^2-+3H₂O，负极的反应式为                        。

 

Answer 1

【答案】

、(1)2 CO(g) + O₂(g) = 2 CO₂(g) △H=-566KJ ·mol^-1

(2)   CH₃OH(l)+ O₂(g)=CO(g)+2 H₂O(l)     △H=-443.5kJ·mol^-1

(3) 减小  3n(B)/[2×t(B)]   (4) CH₃OH-6e^-+8OH^-==CO₃^2-+6H₂O

【解析】本题综合考查了化学反应原理的相关知识。

（2）由盖斯定律求解：

2 CO(g) + O₂(g) = 2 CO₂(g) △H=-566KJ ·mol^-1    ②

CH₃OH(l)+3/2 O₂(g)=CO₂(g)+2 H₂O(l)     △H=-726.5kJ·mol^-1     ③

将③-②/2可知： CH₃OH(l)+ O₂(g)=CO(g)+2 H₂O(l)     △H=-443.5kJ·mol^-1

（3）反应方程式：CO₂＋3O₂=CH₃OH＋H₂O

由图像可知，在T₂温度下反应先达到平衡，但甲醇的量相对少，即升温平衡左移，正反应是放热反应，平衡常数减小。

依据反应速率的公式可知：υ（甲醇）=n(B)/[2×t(B)]，而υ（氢气）=3n(B)/[2×t(B)]

(4)燃料电池中总反应为：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-==CO₃^2-+3H₂O，

负极的反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-==CO₃^2-+6H₂O

正极的反应式为：O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－