Question

（10分）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和水，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）的热值分别为143kJ· g^-1、10kJ·g^-1和23kJ·g^-1。请回答下列问题：

（1）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_               ______；

(2)在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为碱性，负极的反应式为_____      , 总反应式               。

（3）在350℃时，保持温度不变，将1molCO₂和3molH₂充入一密闭恒容器中，充分反应生成甲醇蒸汽和水蒸气达到平衡后，若CO₂转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为______；若350℃时，保持温度不变，将1molCO₂和3molH₂充入一密闭恒压器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为b,则a    b（用“＞、＝、＜”表示）

 

Answer 1

（10分）（1）CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)  △H =-456KJ/mol

（2）CH₃OH+8OH^- -6e^-=CO₃^2-+6H₂O； 2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O。

（3）1-a，＜

解析:（1）H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热分别为：286kJ· mol^-1、280kJ·mol^-1、713kJ· mol^-1；由盖斯定律求解：

2CO(g) + O₂(g) =2CO₂(g)△H=-560KJ    mol^-1②

CH₃OH(l)+3/2 O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H=-736kJ·mol^-1③

将③-②/2可知：CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2 H₂O(l) △H=-456kJ·mol^-1

（2）总反应：2CH₄O +3O₂ + 4OH^—= 2CO₃^2- + 6H₂O

负极：CH₃OH+8OH^- -6e^-=CO₃^2-+6H₂O   正极：O2 + 4e– + 2H₂O→ 4OH^–

（3）CO₂ + 3H₂ CH₃OH +H₂O

初n:  1mol  1mol       0     0

△n:    a    3a        a      a

平n:   1-a  1-3a        a     a

恒容下，由压强比等于物质的量比可得到：（2-2a）/2=1-a

该反应是正反应的气体系数减小，随着反应的进行，气体的物质的量减小，所以恒容下达到平衡相对于恒压是减压，所以a<b