Question

（14分）实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将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)，下图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．DH＞0，DS＞0   B．DH＞0，DS＜0   C．DH＜0，DS＜0    D．DH＜0，DS＞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)，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如上图2所示。

①从反应开始到平衡，CH₃OH的平均反应速率

v(CH₃OH) ＝              mol·(L·min)^-1；

H₂的转化率 =          

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3 molH₂

（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363.3kJ的热量，写出表示CH₃OH燃烧热的热化学方程式：                                   

（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，此电池的负极电极反应式                               

 

Answer 1

【答案】

（1）C  （2）①0.075　75%　　②     ③BD

（3）CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)=CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－726.6kJ/mol。

（4）CH₃OH－6e^－＋8OH^－=CO₃^2－＋6H₂O

【解析】（1）根据图1可知反应物的总能量高于生成物的总能量，所以是放热反应。根据反应式可判断，这是一个熵值减小的可逆反应，所以答案选C。

（2）①根据图像可知反应进行到10min时，反应达到化学平衡状态，此时甲醇的物质的量浓度是0.75mol/L，所以由方程式可知消耗氢气的物质的量浓度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L。因此甲醇的反应速率为，氢气的转化率是。

②平衡常数是指可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以该反应的平衡常数表达式为K＝。

③升高温度平衡向逆反应方向移动，A不正确。选项B相当于降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动，B正确。催化剂不能改变平衡状态，C不正确。选项D相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，正确。所以答案选BD。

（3）燃烧热是指在一定条件下，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，所以甲醇燃烧热的热化学方程式为CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)=CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H＝－726.6kJ/mol。

（4）在原电池中负极失去电子，所以甲醇在负极通入，电解质是氢氧化钠，所以负极反应式为CH₃OH－6e^－＋8OH^－=CO₃^2－＋6H₂O。