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）用太阳能分解10mol液态水消耗的能量是

 

kJ；
（2）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）用甲醇与氧气在碱性条件下形成燃料电池的负极电极离子方程式为

 

（4）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇（CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O）
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）=n_A/t_A 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n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（5）在T₁温度时，将1mol CO₂和3mol H₂充入一密闭恒容器中，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

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据氢气的燃烧热可知水分解吸收的能量，然后利用化学计量数与反应热的关系来计算；
（2）根据CO和CH₃OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（3）燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应，根据电解质环境来回答，甲醇失电子在碱溶液中生成碳酸盐和水；
（4）利用图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T₁、T₂，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（5）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答．

解答： 解：（1）由H₂（g）的燃烧热△H为-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃烧生成1molH₂O（l）放出热量285.8kJ，
即分解1mol H₂O（l）为1mol H₂（g）消耗的能量为285.8kJ，则分解10mol H₂O（l）消耗的能量为285.8kJ×10=2858kJ，
故答案为：2858；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，则
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1 
由盖斯定律可知，②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），则△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，电解质环境是碱性，则电极反应为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T₁时的平衡常数比T₂时的大，③、④正确，②中该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大，故②错误，①中按照其计算速率的方法可知反应速率的单位错误，应为mol?min^-1，故①错误，
故答案为：③④；
（5）由化学平衡的三段模式法计算可知，
                CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1        3       0          0
转化（mol）：a       3a       a          a
平衡（mol）：1-a       3-3a     a          a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，即（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=

4-2a

4

；
故答案为：

4-2a

4

．

点评：本题考查较为综合，涉及热化学方程式的书写、化学平衡的相关知识，该题对这些知识的要求比较高，综合性强，解答本题比较费时，该题难度较大．