Question

【题目】实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，下图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化。

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是_________(填字母)。

A．ΔH＜0，ΔS＜0 B．ΔH＞0，ΔS＜0

C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＞0

（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO2和4 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如上图2所示。

①从反应开始到平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝________；CO2的转化率w(CO2)＝________。

②该反应的平衡常数K＝_____________。（只列表达式和计算式，不必计算出结果）

③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是________________(填字母)。

A．将CH3OH(g)及时液化抽出 B．升高温度

C．选择高效催化剂 D．再充入l molCO2和4 molH2

（3）25℃，1.01×105Pa时，16 g 液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出350.8kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：______________________。

（4）选用合适的合金为电极，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，其负极的电极反应式是：______________________。

Answer 1

【答案】A 0.225 mol·L－1·min－1 75% （＝0.42 L2/mol2，不必求出结果） A、D CH3OH (l)＋3/2O2(g）＝CO2(g)＋2H2O (l） ΔH＝－701.6 kJ·mol－1 CH3OH＋8OH－－6e－＝CO32－＋6H2O

【解析】

（1）依据反应和图象分析判断：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），反应是熵减少的反应，△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，可判断该反应是放热反应，△H＜0，答案选A。

（2）在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO2和4mol H2，一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；则

①依据化学平衡三段式：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol/L）1 4 0 0

变化量（mol/L）0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol/L）0.25 1.75 0.75 0.75

从反应开始到平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝2.25mol/L÷10min= 0.225 mol·L－1·min－1；CO2的转化率w(CO2)＝0.75÷1×100%=75%。

②该反应的平衡常数表达式K=，

③A．将CH3OH(g)及时液化抽出，平衡正向移动，A项正确；B．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，B项错误；C．选择高效催化剂，平衡不移动，C项错误；D．再充入l molCO2和4 molH2，相当于增大压强，平衡正向移动，D项正确；答案选AD。

（3）25℃，1.01×105Pa时，16g 液态甲醇物质的量为0.5mol，完全燃烧，当恢复到原状态时，放出350.8kJ的热量，依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为：CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H="-701.6" kJmol-1；

（4）选用合适的合金为电极，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，原电池的负极失电子发生氧化反应，失电子的是甲醇，此电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠、水，负极的电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－＝CO32－＋6H2O。