Question

为实现“节能减排”和“低碳经济”的一项课题是如何将CO₂转化为可利用资源．
（1）25℃，1.01×10⁵Pa时，16g液态甲醇（CH₃OH）完全燃烧，当恢复到原状态时，放出热量363.3kJ，该反应的热化学方程式为

 

．
（2）目前，工业上常用CO₂来生产燃料甲醇．现进行如下实验：在体积为l L的密闭恒容容器中，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）△H=-49.0kJ/mol．
测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①该反应的平衡常数表达式K=

 

；
②从反应开始到平衡时，CH₃OH的平均反应速率v（CH₃OH）=

 

（注明单位）；H₂的转化率=

 

；
③下列说法中，能说明上述反应达到平衡状态的是

 

A．每消耗1mol CO₂的同时生成1mol CH₃OH
B．CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的物质的量的比为1：3：1：1
C．容器中气体的压强不再改变
D．容器中气体的密度不再改变
④下列措施中，能使上述平衡状态向正反应方向移动的是

 

A．升高温度      B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．使用高效催化剂      D．恒温恒容再充入1molCO₂和3mol H₂
（3）以CH₃OH为燃料（以KOH溶液作电解质溶液）可制成CH₃OH燃料电池（电池总反应式：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O），则充入CH₃OH的电极为

 

极，充入O₂的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）16g液态甲醇（CH₃OH）完全燃烧，放出热量363.3kJ，则1molCH₃OH完全燃烧，放出热量为726.6kJ，所以可以写出热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O ₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6KJ/mol，据此答题；
（2）①根据平衡常数的定义，结合化学方程式可以写出表达式；
②根据v=

△c

t

计算，转化率=

已转化的量

起始总量

×100%；
③根据平衡状态的判断标志进行判断；
④根据平衡移动的影响因素判断；
（3）根据原电池原理，2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O中甲醇为还原剂，反应中失去电子，所以在负极反应，氧气得电子，在正极反应，据此答题．

解答： 解：（1）16g液态甲醇（CH₃OH）完全燃烧，放出热量363.3kJ，则1molCH₃OH完全燃烧，放出热量为726.6kJ，所以可以写出热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O ₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6KJ/mol，故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O ₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6KJ/mol；
（2）①平衡常数等于生成浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积，所以K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

，故答案为：

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

；
②根据图象可知生成CH₃OH的浓度为0.75mol/L，所以v=

△c

t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），参加反应的二氧化碳的物质的量为0.75mol/L×1L=0.75mol，根据化学方程式可知，参加反应的氢气的物质的量为0.75mol×3=2.25mol，转化率=

2.25

3

×100%=75%，
故答案为：0.075mol/（L?min）；75%；
③A．消耗CO₂的同时生成 CH₃OH，都是指的正反应，不能反映出正逆反应速率的关系，故不能说明反应是否处于平衡状态；
B．CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的物质的量的比与起始加入的量有关与反应是否处于平衡状态无关，故不能说明反应是否处于平衡状态；
C．该反应为气体体积减小的反应，即压强也减小的反应，所以当容器中气体的压强不再改变时，就说明反应已经处于平衡状态；
D．该反应容器体积不变，反应前后气体质量守恒，所以容器中气体的密度始终不变，所以不能根据密度的变化判断反应是否处于平衡状态；
故选C；
④A．该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，故A错误；     
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，即减小生成物浓度，平衡正向移动，故B正确；
C．使用高效催化剂对平衡移动没有影响，所以平衡不移动，故C错误；  
D．恒温恒容再充入1molCO₂和3mol H₂，相当于加压，由于反应是气体体积减小的反应，所以平衡正向移动，故D正确；
故选BD；
（3）根据原电池原理，2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O中甲醇为还原剂，反应中失去电子，所以在负极反应，氧气得电子，在正极反应，生成氢氧根离子，方程式为：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，故答案为：负；3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-．

点评：本题主要考查了化学原理中相关内容，主要涉及的知识点有热化学方程式、反应速率、转化率的计算、影响平衡移动的因素、原电池原理等知识点，内容较多，中等难度．