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，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0.5molH₂（g）完全燃烧所提供的能量是

 

_kJ；
（2）画出CO（g）燃烧的反应过程中体系能量变化图如图1（必须标注反应物和生成物的总能量及反应热）．
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇和水，在其它条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图2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，从反应开始到反应达到平衡，生成甲醇的平均速率为v（CH₃OH）=

nA

tA

mol?L^-1?min^-1
B．该反应升高温度平衡常数K增大，且T₁时比T₂时的大
C．该反应的平衡常数表达式为K=

C(H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C(H2)

D．处于A点的反应体系的温度从T₁变到T₂，达到平衡时

nH2

nCH3OH

增大
（4）在T₁温度时，将1mol CO₂和3mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为

 

；（用含α的代数式表示）
（5）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性．理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为

 

（电池所能产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据题干给出的氢气的燃烧热计算；
（2）CO燃烧为放热反应，放热反应反应物总能量高与生成物总能量，结合题干给出CO燃烧热数值解答；
（3）根据图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T₁、T₂，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（4）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解答；
（5）甲醇酸性燃料电池中，其产生的电能与燃烧放出的燃料的比即为燃料电池的理论效率．

解答： 解：（1）有题干可知氢气的燃烧热△H=-285.8kJ?mol^-1，可知1mol氢气完全燃烧生成液态水放出热量285.8KJ，
则0.5mol氢气完全燃烧所提供的能量是142.9KJ；
故答案为：142.9；
（2）CO燃烧为放热反应，放热反应反应物总能量高与生成物总能量，根据题干可知CO（g）燃烧热△H=-283.0kJ?mol^-1，所以反应热为：△H=-283.0kJ?mol^-1；
故答案为：；
（3）根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T₁时的平衡常数比T₂时的大；
A．v（CH₃OH）=

nA 2L

tA

=

nA

2tA

 mol/L?min，故A错误；
B．该反应正方向为放热反应，升高温度K减小，故B错误；
C．该反应的平衡常数表达式K=

C(CH3OH)C(H2O)

C(CO2)C3(H2)

，故C错误；
D．处于A点的反应体系从T₁变到T₂，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故

n(H2)

n(CH3OH)

增大，故D正确；
故选：D；
（4）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    3a       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，
故答案为：（2-a）：2．
（5）该燃料电池的理论效率=702.1kJ÷726.5kJ×100%=96.6%，故答案为：96.6%．

点评：本题考查了反应热的计算、化学反应限度和速率，为高考热门考点，题目难度中等，侧重考查学生分析问题、解决问题的能力，熟悉燃烧热的概念、化学平衡常数的应用是解题关键，注意（3）为易错点．