Question

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

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据物质的热值计算燃烧热，根据热化学方程式书写方法和注意问题标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）甲醇燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应，总反应是燃料燃烧的方程式；
（3）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来计算压强之比；根据压强对平衡移动的影响来确定平衡的移动方向．

解答： 解：（1）CO（g）和CH₃OH（l）的热值分别为10kJ?g^-1和23kJ?g^-1，即由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-280.0kJ?mol^-1和-736kJ?mol^-1，则
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-280.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-736kJ?mol^-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△H=-736kJ?mol^-1-（-280.0kJ?mol^-1）=-456kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-456kJ?mol^-1；
（2）直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，总反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，甲醇燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应，负极的反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O；
（3）由化学平衡的三段模式法计算可知，
CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始  1        3       0        0
变化  a        3 a      a        a
平衡 1-a       3-3a     a        a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比为

1-a+3-3a+a+a

1+3

=

2-a

2

，若350℃时，保持温度不变，将1molCO₂和3molH₂充入一密闭恒压器中，由于反应中气体的物质的量
是减小的，所以恒压相当于在恒容的基础上加大压强，平衡会正向移动，CO₂转化率会增大，即a＜b．
故答案为：

2-a

2

；＜．

点评：本题考查了热化学方程式的书写和盖斯定律的应用、化学平衡的计算、原电池电极反应书写方法等知识，题目难度中等．