Question

2010年上海世博会的三大主题是“低碳、和谐、可持续发展”，意在倡导人们合理、科学地利用能源，提高能源的利用率．由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了全社会的普遍关注．
（1）科学家们提出利用工业废气中的CO₂可制取甲醇．已知在常温常压下，反应的热化学方程式：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1；②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41kJ?mol^-1，写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式：

 

．
（2）在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和2.5mol H₂在图1示条件下测得CO₂和CH₃OH（g）的物质的量随时间变化如图所示．
①从反应开始到平衡，平均反应速率v（H₂）=

 

；
②反应的平衡常数K=

 

；
③下列对二氧化碳、氢气制备甲醇的有关叙述正确的是

 

（填字母）．
A．升高温度正反应速率减慢，逆反应速率加快
B．当3v_正（H₂）=v_逆（CO₂）时，该反应达到了平衡状态
C．将H₂O（g）从体系中分离出来，可提高CO₂和H₂的转化率
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，可使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图2所示的燃料电池装置．
①该电池工作时，OH^-向

 

极移动（填“正”或“负”），该电池正极的电极反应式为：

 

．
②以该燃料电池作为电源，电解精炼铜．若粗铜中含锌、银、金等杂质，则通电一段时间后，阳极减少的质量将（填“大于”、“等于”或“小于”）

 

阴极增加的质量．当阴极质量增加64g时，该燃料电池理论上需消耗O₂的体积为

 

L（标准状况下）．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据盖斯定律和已知热化学方程式，可知二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式可由①-②得出；
（2）①由图可知，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，从而求出v（CH₃OH），
再根据速率之比等于方程式中系数比求出v（H₂）=3v（CH₃OH）；
②根据反应求出各物质的平衡浓度，则可得该反应的平衡常数；
③A．升高温度，正、逆反应速率都加快；
B．当该反应达到平衡状态时，v_正（H₂）=3v_逆（CO₂）；
C．减小生成物的浓度，平衡右移，CO₂和H₂的转化率提高；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，平衡向正反应移动，CO₂的转化率增大，CH₃OH的产率提高；则n（CH₃OH）/n（CO₂）增大；
（3）①该燃料电池工作时，阴离子向负极移动，因为电解质溶液为碱性，所以电池正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②电解精炼铜，阳极上金属锌、铜都失电子，阴极上铜离子得电子而析出铜，根据转移电子守恒知，因为锌比铜相对原子质量大但价态相同；当阴极质量增加64g铜时，根据电子守恒：n（Cu）×2=n（O₂）×4计算即可．

解答： 解：（1）根据盖斯定律和已知热化学方程式：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1；②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41kJ?mol^-1，可知二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式可由①-②得出，即：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49kJ?mol^-1；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49kJ?mol^-1；
（2）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，v（CH₃OH）=0.075mol/（L?min），
由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知：v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
故答案为：0.225mol/（L?min）；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度  1       2.5       0        0
转化浓度 0.75     2.25     0.75     0.75
平衡浓度 0.25     0.25     0.75      0.75
则该反应的平衡常数k=c（CH₃OH）c（H₂O）/c（CO₂）c³（H₂）=144；
故答案为：144；
③A．升高温度，正、逆反应速率都加快；故A错误；
B．当该反应达到平衡状态时，v_正（H₂）=3v_逆（CO₂）；故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离出来，减小生成物的浓度，平衡右移，可提高CO₂和H₂的转化率；故C正确；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于充入1mol CO₂和2.5mol H₂达平衡后再通入0.5molH₂．等效为在定温定压达平衡后增大压强再增大H₂的浓度，平衡向正反应移动，CO₂的转化率增大，CH₃OH的产率提高；则n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
故答案为：CD；
（3）①该燃料电池工作时，阴离子向负极移动，因为氧气在碱性电解质溶液中得电子，所以电池正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：负； O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②阳极上金属锌、铜都失电子发生氧化反应，阴极上铜离子得电子发生还原反应而析出铜，根据转移电子守恒以及锌比铜相对原子质量大但价态相同，可知A电极上质量减少的量大于B极质量增加的量；当阴极质量增加64g铜时，根据电子守恒：n（Cu）×2=n（O₂）×4，得n（O₂）=0.5mol，V（O₂）=11.2L
故答案为：大于； 11.2．

点评：本题考查了盖斯定律、热化学方程式、化学反应速率、平衡、电化学等问题，综合性较强