Question

2011年11月28日至12月9日，联合国气候变化框架公约第17次缔约方会议在南非德班召开，随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究该反应原理，进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3.25mol H₂，在一定条件下发生反应，测定CO₂、CH₃OH（g）和H₂O （g）的浓度随时间变化如图所示：
①写出该工业方法制取甲醇的化学反应方程式

 

．
②从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v （H₂）=

 

 mol/（Lmin）．
③该条件下CO₂的转化率为

 

．当温度降低时CO₂的转化率变大，则该反应△H

 

0（填“＞”“＜”或“=”）．
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高温度    B．充入氮气
C．将水蒸气从体系中分离    D．用更有效的催化剂
（2）选用合适的合金作为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此燃料电池负极的电极方程式为

 

．

Answer 1

分析：（1）①根据题目内容可知，该工业方法制取甲醇为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水；
②根据三段式计算出反应混合物各组分的浓度变化量、平衡时的浓度，根据v=

△c

△t

计算出v（H₂）；
③根据转化率的定义计算平衡时二氧化碳的转化率；当温度降低时K值变大，说明平衡向正反应进行，温度降低平衡向放热反应进行；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大应使平衡向正反应方向移动分析；
（2）甲醇为原料的燃料电池中，燃料甲醇为负极，发生失电子的氧化反应，碱性条件下生成CO₃^2-．

解答：解：（1）①该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水，反应方程式为CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；
②根据三段式计算
                  CO₂（g）+3 H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1          3.25           0          0
变化（mol/L）：0.75        2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25         1             0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L．min），
故答案为：0.225mol/（L．min）；
③平衡时二氧化碳的转化率为

0.75mol/L

1mol/L

×100%=75%，当温度降低时K值变大，说明平衡向正反应进行，温度降低平衡向吸放热反应进行，即正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：75%；＜；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．该反应正反应为放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．充入N₂气，参加反应的物质的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，故C正确；
D．用更有效的催化剂，平衡不移动，故D错误；
故答案为：C；
（2）甲醇为原料的燃料电池中，燃料甲醇为负极，发生失电子的氧化反应，碱性条件下生成CO₃^2-，其电极反应式为CH₃OH-6 e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题考查较为综合，涉及反应速率、平衡常数、平衡移动以及电化学等知识，题目难度中等，注意把握影响平衡移动的因素以及平衡移动方向的判断．