Question

【题目】回收利用CO2是环境科学研究的热点课题，是减轻温室效应危害的重要途径。

(1)工业上，利用天然气与二氧化碳反应制备合成气(CO和H2)，化学方程式为CO2(g)+CH4(g)＝2CO(g)+2H2O(g)上述反应的能量变化如图1所示，该反应是________(填“吸热反应，或“放热反应”）。

(2)工业上用CO2生产甲醇(CH3OH)燃料，可以将CO2变废为宝。在体积为1L的密闭容器中，充入1molO2和4molH2，一定条件下发-反应：CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2(g)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，用CH3OH表示的平均反应速率为______。

②若反应CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g)在四种不同情况下的反应速率分别为：

A.v(H2)=0.01molL-1s-1 B.v(CO2)=0.15molL-1s-1

C.v(CH3OH)=0.3molL-1min-1 D.v(H2O)=0.45molL-1min-1

该反应进行由快到慢的顺序为______(填字母）。

③下列描述能说明反应达到最大限度的是_______(填字母）。

A.混合气体的密度保持不变

B.混合气体中CH3OH的体积分数约为21.4%

C.混合气体的总质量保持不变

D.H2、CH3OH的生成速率之比为3：1

(3)甲醇(CH3OH)是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景。以甲醇、氧气和KOH溶液为原料，石墨为电极制造新型手机电池，甲醇在______极反应，电极反应式为____________。

Answer 1

【答案】吸热反应 0.075 mol/(L·min) B＞D＞C＞A BD 负 CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O

【解析】

(1)反应物总能量大于生成物总能量，则该反应为放热反应，否则为吸热反应；

(2)①甲醇为产物，随着反应进行其浓度增大，10min时达到平衡状态，从反应开始到平衡，用CH3OH表示的平均反应速率v=；

②单位相同的条件下，其反应速率与其计量数之比数值越大化学反应速率越快；

③达到最大限度，说明反应达到平衡状态，可逆反应中正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变时，达到平衡状态；

(3)甲醇、氧气和KOH溶液为原料，石墨为电极制造新型手机电池，该电池为燃料电池，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极，负极上甲醇失电子和KOH反应生成碳酸钾和水。

(1)根据图知，反应物总能量小于生成物总能量，因此该反应为吸热反应；

(2)①甲醇为产物，随着反应进行其浓度增大，10min时达到平衡状态，从反应开始到平衡，用CH3OH表示的平均反应速率v(CH3OH)==0.075mol/(L·min)；

②单位相同的条件下，其反应速率与其计量数之比数值越大化学反应速率越快，

A.=×60mol/(L·min)=0.2 mol/(L·min)；

B.=×60mol/(L·min)=9mol/(L·min)；

C.=mol/(L·min)=0.3mol/(L·min)

D.=mol/(L·min)=0.45mol/(L·min)；

通过以上分析知，反应速率快慢顺序是B＞D＞C＞A；

③A.反应前后气体总质量不变、容器体积不变，所以混合气体的密度始终保持不变，不能据此判断反应是否处于平衡状态，A错误；

B.根据图知，达到平衡状态时，n(CH3OH)=0.75mol/L×1L=0.75mol，根据方程式知，生成的n(H2O)=n(CH3OH)=0.75mol，剩余的n(CO2)=0.25mol/L×1L=0.25mol，剩余的n(H2)=4mol-0.75mol×3=1.75mol，因此混合气体中CH3OH的体积分数=×100%=21.4%，因此该反应达到平衡状态，B正确；

C.反应混合物都是气体，混合气体的总质量始终保持不变，不能据此判断反应是否处于平衡状态，C错误；

D.H2、CH3OH的生成速率之比为3：1，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，D正确；

故合理选项是BD；

(3)甲醇、氧气和KOH溶液为原料，石墨为电极制造新型手机电池，该电池为燃料电池，通入燃料甲醇的电极负极，通入氧化剂氧气的电极为正极，负极上甲醇失电子和KOH反应生成碳酸钾和水，负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O。