Question

【题目】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，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）的燃烧热△H分别为—285.8kJ·mol-1、—283.0kJ·mol-1和—726.5kJ·mol-1。请回答下列问题：

（1）用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________；

（2）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_______________________________________________________；

（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列说法正确的是________（填序号）

a．温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为：v(CH3OH)=mol·L-1·min-1

b．T1> T2

c．该反应为放热反应

d．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大

（4）在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为α, 则容器内的压强与起始压强之比为_______________________；

（5）在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，负极的反应式为________________________________________________________。

Answer 1

【答案】2858kJCH3OH(l) ＋O2(g)＝CO(g)+2 H2O(l) △H＝-443.5kJ·mol-1cd （或1－0.5α）CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O

【解析】

（1）由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ·mol-1知，1molH2（g）完全燃烧生成1molH2O放出热量285.8kJ，即分解1molH2O（l）为1molH2（g）消耗的能量为285.8kJ，则分解10molH2O消耗的能量为285.8kJ×10=2858kJ，故答案为：2858 kJ；（2）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1，则①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ·mol-1；②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJ·mol-1；由盖斯定律可知用②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ·mol-1-（-283.0kJ·mol-1）=-443.5kJ·mol-1，故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJ·mol-1；（3）a．一般反应速率用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来描述反应的快慢，其单位应为mol·L-1·min-1，则a错误；b.根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，故b错误；c.又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2CH3OH+H2O向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，故c正确；d. 从A点的反应体系从T1变到T2时，平衡向逆反应移动，n（CH3OH）减小，n（H2）增大，增大，故d正确；答案选cd；（4）由化学平衡的三段法计算可知，

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+2a）:（1+3）=（2-a）:2，故答案为： （或1－0.5α）。（5）由燃料电池是原电池的一种，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，负极反应式为：CH3OH－6e－＋8OH－= CO32－＋6H2O。