题目内容
由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），如图1表示该反应进行过程中能量（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
A．△H＞0，△S＞0； B．△H＞0，△S＜0；
C．△H＜0，△S＜0； D．△H＜0，△S＞0．
（2）该反应平衡常数K的表达式为
．
（3）温度降低，平衡常数K
（4）为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时问变化如图2所示．从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v（H2）：
（5）下列措施中能使（4）中n（CH3OH）/n（CO2）增大的有
A．升高温度；
B．加入催化剂；
C．将H2O（g）从体系中分离；
D．再充入1molCO2和3molH2；
E．充入He（g），使体系总压强增大．
（6）生成的甲醇可设计为燃料电池，如图3现有甲装置为原电池，乙装置为电解池．
①b电极上发生的电极反应式为：
②若甲中有0.1mol CH3OH参加反应，则乙装置中生成的气体在标准状况下的体积共为
（1）关于该反应的下列说法中，正确的是
C
C
．A．△H＞0，△S＞0； B．△H＞0，△S＜0；
C．△H＜0，△S＜0； D．△H＜0，△S＞0．
（2）该反应平衡常数K的表达式为
| c(CH3OH)．c(H2O) |
| c(CO2)．c3(H2) |
| c(CH3OH)．c(H2O) |
| c(CO2)．c3(H2) |
（3）温度降低，平衡常数K
增大
增大
（填“增大”、“不变”或“减小”）．（4）为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时问变化如图2所示．从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v（H2）：
0.225
0.225
mol?L-1?min-1．（5）下列措施中能使（4）中n（CH3OH）/n（CO2）增大的有
CD
CD
．A．升高温度；
B．加入催化剂；
C．将H2O（g）从体系中分离；
D．再充入1molCO2和3molH2；
E．充入He（g），使体系总压强增大．
（6）生成的甲醇可设计为燃料电池，如图3现有甲装置为原电池，乙装置为电解池．
①b电极上发生的电极反应式为：
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
．②若甲中有0.1mol CH3OH参加反应，则乙装置中生成的气体在标准状况下的体积共为
7.84
7.84
L．分析：（1）根据反应物和生成物总能量相对大小确定焓变，根据气体分子数相对多少确定熵变；
（2）平衡常数K=
；
（3）降低温度，平衡向吸热反应方向移动；
（4）根据图象计算甲醇的平均反应速率，再根据同一可逆反应同一时间段内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率；
（5）n（CH3OH）/n（CO2）增大，则平衡向正反应方向移动，根据外界条件对化学平衡的影响分析；
（6）①甲醇燃料电池中，甲醇易失电子发生氧化反应，则通入甲醇的电极为负极；
②甲醇失电子的物质的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙装置中阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子完全析出时得电子的物质的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以阴极上还有氢气生成，根据转移电子守恒计算乙装置中生成气体的体积．
（2）平衡常数K=
| c(CH3OH)．c(H2O) |
| c(CO2)．c3(H2) |
（3）降低温度，平衡向吸热反应方向移动；
（4）根据图象计算甲醇的平均反应速率，再根据同一可逆反应同一时间段内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率；
（5）n（CH3OH）/n（CO2）增大，则平衡向正反应方向移动，根据外界条件对化学平衡的影响分析；
（6）①甲醇燃料电池中，甲醇易失电子发生氧化反应，则通入甲醇的电极为负极；
②甲醇失电子的物质的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙装置中阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子完全析出时得电子的物质的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以阴极上还有氢气生成，根据转移电子守恒计算乙装置中生成气体的体积．
解答：解：（1）根据图象知，反应物总能量大于生成物总能量，则该反应是放热反应，所以△H＜0，根据方程式知，该反应中反应前后气体分子数减少，则熵减小，所以△S＜0，故选C；
（2）平衡常数K=
，故答案为：
；
（3）该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，则反应物浓度减小，生成物浓度增大，所以平衡常数增大，故答案为：增大；
（4）根据图象计算v（CH3OH）=
=0.075mol/（L．min），同一可逆反应同一时间段内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以v（H2）=3v（CH3OH）=0.225 mol/（L．min），
故答案为：0.225；
（5）n（CH3OH）/n（CO2）增大，则平衡向正反应方向移动，
A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则n（CH3OH）/n（CO2）减小，故错误；
B．加入催化剂，平衡不一定，所以n（CH3OH）/n（CO2）不变，故错误；
C．将H2O（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则n（CH3OH）/n（CO2）增大，故正确；
D．再充入1molCO2和3molH2，平衡向正反应方向移动，且相当于增大压强，促进平衡向正反应方向移动，所以二氧化碳的转化率增大，所以n（CH3OH）/n（CO2）增大，故正确；
E．充入He（g），使体系总压强增大，则各物质的浓度不变，所以平衡不一定，则n（CH3OH）/n（CO2）不变，故错误；
故选CD；
（6）①甲醇燃料电池中，甲醇易失电子发生氧化反应，则通入甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
②甲醇失电子的物质的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙装置中阳极上氢氧根离子放电生成氧气，串联电路中转移电子相等，所以乙中阳极上生成氧气的体积=
×22.4L/mol=3.36L，
阴极上铜离子完全析出时得电子的物质的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以阴极上还有氢气生成，生成氢气的体积=
×22.4L/mol=4.48L，
所以乙池中生成气体体积=3.36L+4.48L=7.84L，
故答案为：7.84．
（2）平衡常数K=
| c(CH3OH)．c(H2O) |
| c(CO2)．c3(H2) |
| c(CH3OH)．c(H2O) |
| c(CO2)．c3(H2) |
（3）该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，则反应物浓度减小，生成物浓度增大，所以平衡常数增大，故答案为：增大；
（4）根据图象计算v（CH3OH）=
| 0.75mol/L |
| 10min |
故答案为：0.225；
（5）n（CH3OH）/n（CO2）增大，则平衡向正反应方向移动，
A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则n（CH3OH）/n（CO2）减小，故错误；
B．加入催化剂，平衡不一定，所以n（CH3OH）/n（CO2）不变，故错误；
C．将H2O（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则n（CH3OH）/n（CO2）增大，故正确；
D．再充入1molCO2和3molH2，平衡向正反应方向移动，且相当于增大压强，促进平衡向正反应方向移动，所以二氧化碳的转化率增大，所以n（CH3OH）/n（CO2）增大，故正确；
E．充入He（g），使体系总压强增大，则各物质的浓度不变，所以平衡不一定，则n（CH3OH）/n（CO2）不变，故错误；
故选CD；
（6）①甲醇燃料电池中，甲醇易失电子发生氧化反应，则通入甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
②甲醇失电子的物质的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙装置中阳极上氢氧根离子放电生成氧气，串联电路中转移电子相等，所以乙中阳极上生成氧气的体积=
| 0.6mol |
| 4 |
阴极上铜离子完全析出时得电子的物质的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以阴极上还有氢气生成，生成氢气的体积=
| 0.6mol-0.2mol |
| 2 |
所以乙池中生成气体体积=3.36L+4.48L=7.84L，
故答案为：7.84．
点评：本题考查了原电池和电解池原理、化学平衡移动原理等知识点，根据外界条件对化学平衡的影响、原电池和电解池原理来分析解答，注意（6）②装置阴极上不仅析出铜还析出氢气，首先根据转移电子相等确定阴极上析出的物质，否则易导致错误，为易错点．
练习册系列答案
相关题目
法是用CO2生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g），如右上图表示该反应进行过程中能量（单位为kJ?mol-1）的变化．
