Question

科學(xué)家利用太陽(yáng)能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開(kāi)發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出CO燃燒的熱化學(xué)方程式

2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1

；
（2）寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

；
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考察溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

①溫度升高該反應(yīng)的平衡常數(shù)

減小

（增大、減小、不變）
②B過(guò)程用H₂表示該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率是

3nB

2tB

mol?L^-1?min^-1
（4）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，總反應(yīng)為：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，負(fù)極的反應(yīng)式為

CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法和注意問(wèn)題標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)焓變；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書(shū)寫(xiě)熱方程式，再利用蓋斯定律來(lái)分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（3）①依據(jù)先拐先平的判斷方法可知T₁＜T₂，溫度變化判斷平衡移動(dòng)的分析分析平衡常數(shù)變化；
②依據(jù)圖象分析甲醇的平衡物質(zhì)的量和時(shí)間，結(jié)合化學(xué)方程式計(jì)算消耗氫氣的物質(zhì)的量，結(jié)合反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
（4）甲醇燃料電池，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答：解：（1）由CO（g）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1，則一氧化碳燃燒的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1
故答案為：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）①圖象分析先拐先平，溫度高，T₁＜T₂，溫度越高甲醇物質(zhì)的量越小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，故答案為：減小；
②B過(guò)程依據(jù)圖象分析，在t_B達(dá)到平衡時(shí)生成甲醇n_Bmol，依據(jù)化學(xué)方程式CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，消耗氫氣物質(zhì)的量為3n_Bmol，用H₂表示該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率=

3nBmol 2L

tBmin

=

3nB

2tB

mol/L?min，故答案為：

3nB

2tB

；
（4）直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，總反應(yīng)為：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，甲醇燃料電池，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極的反應(yīng)式為：
CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)和蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，圖象分析應(yīng)用能力，原電池電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)方法，題目難度中等．