Question

9．由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如图表示该反应进行过程中能量（单位为kJ•mol^-1）的变化．
（1）关于该反应的下列说法中，其△H小于0．（填“大于”、“小于”或“等于”），且在较低（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．
（2）该反应平衡常数K的表达式为K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$
（3）温度降低，平衡常数K增大  （填“增大”、“不变”或“减小”）．
（4）若为两个容积相同的密闭容器，现向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g），在相同的温度下进行反应，达到平衡时，甲容器内n（CH₃OH ）等于（填“大于”“小于”或“等于”）乙容器内n（CH₃OH ）
（5）以甲醇和氧气为燃料，氢氧化钾溶液为电解质溶液构成电池．
①负极的电极反应式CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O
②若以石墨为电极，电解硫酸铜溶液，写出电解的化学反应方程式2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2 Cu+O₂↑+2H₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，由方程式可知，该反应正反应是气体的物质的量减小的反应，故正反应为熵减过程，反应熵变小于0，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（2）平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（3）平衡常数受温度变化影响，该反应正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应移动；
（4）采用一边倒的方法知，二者为等效平衡；
（5）①燃料电池中，负极上燃料失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
②用惰性电解电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子放电生成铜．

解答 解：（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即△H＜0，由方程式可知，该反应正反应是气体的物质的量减小的反应，故正反应为熵减过程，即△S＜0；满足△H-T△S＜0，需要在较低温下进行；
故答案为：小于；较低；
（2）化学平衡常数，是指在一定温度下，达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，可逆反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化学平衡常数K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$，
 故答案为：K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$；
（3）该反应正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应移动，平衡常数增大；
故答案为：增大；    
（4）采用一边倒的方法知，二者为等效平衡，所以两个容器内达到平衡状态时，甲容器内n（CH₃OH）等于乙容器内n（CH₃OH），
故答案为：等于；
（5）①甲醇燃料电池中，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
②用惰性电解电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子放电生成铜，电池反应式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2 Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2 Cu+O₂↑+2H₂SO₄．

点评 本题考查较综合，涉及反应自发进行判断、原电池和电解池原理、等效平衡、反应热等知识点，根据离子放电顺序和电极反应式等知识点来分析解答，化学平衡的有关习题还常常考查化学平衡状态的判断、反应速率的计算、外界条件对平衡的影响等知识点，是考试热点，注意（4）采用一边倒的方法，题目难度中等．