题目内容
16.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)用太阳能分解10mol液态水消耗的能量是2858kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1;
(3)在溶积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如图所示(注:T1、T2均大于300℃),下列说法正确的是③④(填序号)
①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol•L-1•min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时$\frac{n({H}_{2})}{n(C{H}_{3}OH)}$增大
(4)在直接以甲醇为燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+.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96.6%(燃料电池的理论效率是指电池所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)
分析 (1)氢气的燃烧热可知水分解吸收的能量,然后利用化学计量数与反应热的关系来计算;
(2)根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式,再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式;
(3)利用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)(2)甲醇燃料电池,甲醇在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极放电,酸性条件下生成水;
根据甲醇的燃烧热计算2mol甲醇完全燃烧放出的热量,结合原电池产生的电能计算.
解答 解:(1)H2(g)的燃烧热△H为-285.8kJ•mol-1知,1molH2(g)完全燃烧生成1molH2O(l)放出热量285.8kJ,即分解1mol H2O(l)为1mol H2(g)消耗的能量为285.8kJ,则分解10mol H2O(l)消耗的能量为285.8kJ×10=2858kJ,
故答案为:2858;
(2)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),
该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1;
(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,③、④正确,②中该反应在T1时的平衡常数比T2时的大,故②错误,①中按照其计算速率的方法可知反应速率应为浓度的变化除以时间不是物质的量除以时间,故①错误,
故答案为:③④;
(4)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为:CH3OH+$\frac{3}{2}$O2═CO2+2H2O①,酸性条件下该燃料电池的正极反应式为$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O②,①-②得电池负极反应式为:CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+;该燃料电池的理论效率为$\frac{702.1kJ}{726.5kJ}$×100%=96.6%.
故答案为:CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+;96.6%.
点评 本题考查较为综合,涉及热化学方程式的书写、化学平衡的相关知识,该题对这些知识的要求比较高,综合性强,解答本题比较费时,该题难度较大.
A. | 次氯酸的结构式:H-Cl-O | B. | CO2的比例模型 | ||
C. | NH4Cl的电子式: | D. | 苯乙烯的结构简式: |
有关说法不正确的是( )
A. | 蔗糖酯可看成是由高级脂肪酸和蔗糖形成的酯 | |
B. | 合成该蔗糖酯的反应属于取代反应 | |
C. | 蔗糖不能发生银镜反应,而它的同分异构体纤维二糖则能发生银镜反应 | |
D. | 该蔗糖酯在稀硫酸作用下水解,水解后只有硬脂酸和葡萄糖两种产物 |
A. | ${\;}_{17}^{35}$Cl和${\;}_{17}^{37}$Cl | B. | ${\;}_{21}^{40}$K和${\;}_{20}^{40}$Ca | ||
C. | O2和O3 | D. | H2O和D2O |
A. | I2 | B. | BaCO3 | C. | CO2 | D. | 酒精 |
溶质的质量分数 | 溶液的密度(g•cm-3) | |
第一份溶液 | ω1 | ρ1 |
第二份溶液 | ω2 | ρ2 |
(2)取等质量两份溶液混合,则所得混合液中溶质的质量分数ω3=$\frac{(ω1+ω2)}{2}$.
(3)若有ω1>ω2,取等体积的两份溶液混合,设所得混合液中溶质的质量分数为ω4,试比较ω3、ω4的相对大小若ρ1>ρ2,则ω4>ω3;若ρ1<ρ2,则ω3>ω4.