Question

2009年12月7日～18日在丹麦首都哥本哈根召开了世界气候大会，商讨《京都议定书》一期承诺到期后的后续方案，即2012年至2020年的全球减排协议，大会倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．过渡排放CO₂会造成“温室效应”，科学家正在研究如何将CO₂转化为可利用的资源．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），图1表示该反应过程中能量（单位为kJ?mol^-1）的变化：

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是

 

（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0    B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0    D．△H＜0，△S＞0
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），经测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．
①从反应开始到平衡，CO₂的平均反应速率v（CO₂）=

 

．
②该反应的平衡常数表达式K=

 

．
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是

 

（填字母）．
A．升高温度         B．将CH₃OH（g）及时液化抽出
C．选择高效催化剂    D．再充入l molCO₂和3molH₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa时，16g 液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出369.2kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：

 

．
（4）选用合适的合金为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此电池负极的电极反应式是：

 

；其正极的电极反应式是：

 

．

Answer 1

考点：焓变和熵变,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

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）依据反应和图象分析判断：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0；
（2）在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；①依据化学平衡三段式列式计算判断；②依据化学平衡常数的概念书写平衡常数计算式；③依据化学反应的影响因素和条件逐项分析判断；
A、反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
B、将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量平衡正向进行；
C、选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大压强平衡正向进行；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa时，16g 液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出369.2kJ的热量，依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-738.4kJ?mol^-1；
（4）选用合适的合金为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，原电池的负极失电子发生氧化反应，失电子的是甲醇，此电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠、水；负极的电极反应式结合化学方程式为2CH₃OH+3O₂+4KOH→2K₂CO₃+6H₂O；正极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；依据电子守恒，用化学方程式减去正极电极反应得到负极电极反应式．

解答： 解：（1）依据反应和图象分析判断：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：C；
（2）在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；则①依据化学平衡列式计算为：
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1         4         0        0
变化量（mol/L） 0.75     2.25     0.75     0.75
平衡量（mol/L） 0.25     1.75     0.75     0.75
CO₂的平均反应速率v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1 ，故答案为：0.075 mol?L^-1?min^-1；
②该反应的平衡常数表达式K=

[CH3OH]?[H2O]

[CO2]?[H2]3

，故答案为：

[CH3OH]?[H2O]

[CO2]?[H2]3

；
③措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是：
A、反应是放热反应，升温平衡逆向进行，故A错误；
B、将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量，平衡正向进行，故B正确；
C、选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡，故C错误；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大压强平衡正向进行，故D正确；
故选BD；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa时，16g 液态甲醇物质的量为0.5mol，完全燃烧，当恢复到原状态时，放出369.2kJ的热量，依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-738.4 kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-738.4kJ?mol^-1；
（4）选用合适的合金为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，原电池的负极失电子发生氧化反应，失电子的是甲醇，此电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠、水；负极的电极反应式结合化学方程式为2CH₃OH+3O₂+4KOH→2K₂CO₃+6H₂O；正极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；依据电子守恒，用化学方程式减去正极电极反应得到负极电极反应式为：2CH₃OH+16OH^?-12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案为：2CH₃OH+16OH^?-12e^-=2CO₃^2-+12H₂O；3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-．

点评：本题考查了反应的焓变判断，热化学方程式的书写原则，电极反应和电池反应的分析书写，化学平衡的影响因素判断平衡移动方向，化学平衡的计算的应用，图象分析是关键．综合性较大，难度中等．