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：
( CO₂ + 3H₂ = CH₃OH + H₂O )，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-285.8 kJ·mol^-1、-283.0 kJ·mol^-1和-726.5kJ·mol^-1。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ
（2）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列说法正确的是________（填序号）

①温度为T₁时，从反应开始到平衡，生成甲醇的
平均速率为v(CH₃OH)= mol·L^-1·min^-1
②该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时 增大
（3）在T₁温度时，将1molCO₂和3molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为                  ( 用 a表示 )
（4）已知甲醇燃烧的化学方程式为2CH₃OH +3O₂ =2CO₂ +4H₂O ，在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为                   ，正极的反应式为                     

Answer 1

(1)   2858   ；(2)  ③④ ； (3)   1- （或（2- a）/ 2 ）；
（4）CH₃OH + H₂O- 6e^-= CO₂ + 6H⁺     ；O₂ + 4H⁺ + 4e^-= 2H₂O 

解析试题分析：（1）由于H₂(g)的燃烧热△H分别为-285.8 kJ·mol^-1，所以产生1mol的水时放出热量是285.8 kJ，因此若用太阳能分解10mol水消耗的能量是285.8 kJ×10=2858KJ；(2) ①速率是单位时间内的浓度改变数值，定义应用不对，错误；②由于在温度为T₁时甲醇的平衡物质的量浓度大于T₂时，说明该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大，错误；③H₂(g)、 CO(g) 和 CH₃OH(l) 的燃烧热的热化学方程式是H₂(g)＋1/2O₂(g)= H₂O(l) ΔH=－285.8 kJ/mol; CO(g)+ 1/2O₂(g)= CO₂(g)ΔH=－283.0 kJ/mol; CH₃OH(l) + 3/2O₂(g)= CO₂(g)+ 2H₂O(l) ΔH=－726.5 kJ/mol;将氢气燃烧热的方程式扩大3倍与甲醇的燃烧热方程式相减，整理可得CO₂(g)+ 3H₂(g)= CH₃OH (g)+ H₂O(g)ΔH=－130.9KJ/mol，所以该反应为放热反应，正确；④由于该反应是反应反应，所以升高温度，平衡逆向移动，甲醇的含量降低，因此温度T₂>T₁,处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时增大，正确；(3)在恒容密闭容器内发生的反应，气体的物质的量的比等于容器内气体的压强之比，在反应开始时，容器内气体的物质的量是4mol,由于CO₂转化率为a,则达到平衡时各种气体的物质的量分别是H₂：（3-3a）mol; CO₂; （1-a）mol; CH₃OH: amol; H₂O：amol;平衡时气体的物质的量是（4-4a）mol；故此时的压强与开始的压强之比是：（4-4a）÷4=1-；(4)已知甲醇燃烧的化学方程式为2CH₃OH +3O₂ =2CO₂ +4H₂O ，在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极甲醇的反应式为CH₃OH + H₂O- 6e^-= CO₂ + 6H⁺；正极的反应式为O₂ + 4H⁺ + 4e^-= 2H₂O。
考点：考查盖斯定律的应用、外界条件对可逆反应的平衡的影响、容器内气体的压强的比例关系、原电池反应原理的应用的知识。