Question

（14分）實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項(xiàng)重要課題就是如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

    CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g），下圖1表示該反應(yīng)過程中能量（單位為kJ·mol^－1）的變化：

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是____________(填字母)。

    A．△H＞0，△S＞0                 B．△H＞0，△S＜0

    C．△H＜0，△S＜0                 D．△H＜0，△S＞0

（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和  4molH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g），測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如上圖2所示。

    ①從反應(yīng)開始到平衡，CH₃OH的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）＝___________；H₂的轉(zhuǎn)化率w（H₂）＝_________________。

    ②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝____________。

    ③下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是___________（填字母）。

    A．升高溫度                        B．將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出

    C．選擇高效催化劑                  D．再充入1molCO₂和4 molH₂

（3）25℃，1．01×10 ⁵Pa時(shí)，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363．3kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：__________________________。

（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，此電池的負(fù)極應(yīng)加入和通入的物質(zhì)有_____________；其正極的電極反應(yīng)式是：_____________________。

 

Answer 1

【答案】

(1) C（2分）

(2) ① 0.075 mol·L^-1·min^-1 （1分）     56.25%(1分)

②  （2分）

③ BD（2分，少選、多選或錯(cuò)選均不能得分）

（3）CH₃OH（l）+3/2O₂ ＝CO₂(g)+2H₂O(l)  △H＝－726.6kJ·mol^-1 （2分，單位錯(cuò)漏扣1分）

（4）甲醇、氫氧化鈉、水（2分，漏寫一個(gè)扣1分，漏寫兩個(gè)或錯(cuò)寫均不得分）；

O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^‑（2分）

【解析】（1）由圖①可知反應(yīng)物能量高，生成物能量低，屬于放熱反應(yīng)。由方程式可知該反應(yīng)是熵值減少的反應(yīng)，答案選C。

（2）由圖②可以看出反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)得到平衡，此時(shí)甲醇的量是0.75mol，故消耗的氫氣是2.25mol，其轉(zhuǎn)化率是。CH₃OH的平均反應(yīng)速率是0.075 mol·L^-1·min^-1 。平衡常數(shù)是指在一定條件下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡是生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值。反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝

該反應(yīng)是1個(gè)體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動。將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，降低生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動。催化劑不能改變平衡狀態(tài)。若再充入1molCO₂和4 molH₂，因?yàn)槿萜黧w積不變，所以相當(dāng)于加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動。BD正確。

（3）考查熱化學(xué)方程式的書寫和反應(yīng)熱的計(jì)算。

（4）在反應(yīng)中甲醇失去電子被氧化，所以應(yīng)通入負(fù)極，同時(shí)加入的還有氫氧化鈉和水，構(gòu)成電解質(zhì)。氧氣得到電子，在正極通入，電極反應(yīng)式是O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^－。