Question

科學家利用太陽能分解水生成的H₂在催化劑作用下與CO₂反應生成甲醇（CH₃OH），并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是

 

kJ．
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為

 

．
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，溫度對反應的影響結果如右上圖所示，則下列有關說法正確的是

 

（填序號）．
A．該反應為放熱反應
B．該反應在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的小
C．T₁時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均化學反應速率為υ（CH₃OH）=n_A/t₂mol?min^-1
D．處于A點的反應體系從T₁變到T₂，達到平衡時

n(H2)

n(CH3OH)

增大
（4）在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電極為惰性電極，電解質(zhì)溶液為稀H₂SO₄，則負極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,化學電源新型電池,化學平衡建立的過程

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數(shù)與反應熱的關系來計算；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式；
（3）根據(jù)圖象中甲醇的變化來計算反應速率，并利用圖象中時間與速率的關系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（4）負極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳．

解答： 解：（1）由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，
即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1 
由蓋斯定律可知，②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），則△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大；
A、依據(jù)圖象分析T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，故A正確；
B、正反應為放熱反應，根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，該反應在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，故B錯誤；
C、v（CH₃OH）=

nA 2L

tA

=

nA

2tA

mol/L?min，故C錯誤；
D、處于A點的反應體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，達到平衡時，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故

n(H2)

n(CH3OH)

增大，故D正確；
故答案為：AD；
（4）酸性條件下，負極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點評：本題主要考查了燃燒熱計算、蓋斯定律、熱化學反應方程式、反應速率、化學平衡、電極方程的書寫等重要知識，難度中等，注意對基礎知識的理解掌握．