Question

二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放．
（1）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：

 

．
（2）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．

①能说明该反应已达平衡状态的是

 

．
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时问内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4mol H₂O
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变    
②从0min到10min，v（H₂）=

 

．
③下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

（选填编号）．    
A．升高温度
B．恒温恒容下充入He（g）
C．将H₂O（g）从体系中分离
D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
④计算该温度下此反应的平衡常数K=

 

．若改变

 

条件（填选项），可使K=1．
A．增大压强   B．增大反应物浓度  C．降低温度  D．升高温度  E．加入催化剂
（3）某甲醇燃料电池原理如图2所示
①则M区发生的电极反应式为

 

．
②用上述电池做电源，用图3装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极）．则该电解反应的总反应的离子方程式为：

 

．假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值为13时（在室温下测定），理论上消耗甲醇的质量为

 

（忽略溶液体积变化）．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,反应热和焓变,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）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1 ，反应时气体体积减小的放热反应，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，个成分含量保持不变，分析选项；
②依据图象分析计算二氧化碳的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氢气的反应速率；
③结合平衡移动方向，分析判断能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大选项；
④依据平衡浓度计算费用平衡常数，结合平衡常数增大需要平衡正向进行，平衡常数随温度变化分析判断；
（3）①依据原电池装置图象分析，氢离子移向正极，所以M为原电池负极，N为正极，负极是甲醇燃料失电子在酸性介质中生成二氧化碳，据此书写电极反应；
②电解饱和食盐水生成氯气、氢气和氢氧化钠，结合化学方程式书写离子方程式；依据电子守恒计算消耗甲醇质量．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，
依据盖斯定律计算③×

3

2

+2④-①-②得到表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），反应是气体体积减小的放热反应；
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，是破坏标志，故A符合；
B．平衡气体质量不变，反应前后气体物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化，说明反应达到平衡，故B符合；
C．单位时问内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4mol H₂O，只能表示反应正向进行，不能说明反应达到平衡，故不符合；
D．化学方程式定量关系可知，反应过程中和平衡状态下，反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变，不能说明反应达到平衡，故D不符合；
故答案为：AB；       
②图象分析可知二氧化碳的反应速率V（CO₂）=

1.00mol/L-0.75mol/L

10min

=0.025mol/L?min；
反应速率之比等于化学方程式计量数之比，V（H₂）=3V（CO₂）=3×0.025mol/L?min=0.075 mol?L^-1?min^-1；
故答案为：0.075 mol?L^-1?min^-1；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），反应是气体体积减小的放热反应；下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是
A．反应是放热反应，升高温度平衡逆向进行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

减小，故A不符合；
B．恒温恒容下充入He（g），总压增大，分压不变，平衡不动，使

n(CH3OH)

n(CO2)

不变，故B不符合；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向进行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故C符合；
D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂ ，增大压强平衡正向进行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故D符合；
故答案为：CD；       
④依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度计算平衡常数
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）   1       1.5         0        0
变化量（mol/L）  0.25     0.75       0.25     0.25
平衡量（mol/L）  0.75     0.75       0.25     0.25
平衡常数K=

0.25×0.25

0.75×0.753

≈0.20；
改变条件使平衡常数K=1，平衡需要正向进行，平衡常数随温度变化，不随浓度，压强催化剂改变；
A．增大压强，平衡正向进行，平衡常数不变，故A不符合；  
 B．增大反应物浓度，平衡正向进行，平衡常数不变，故B不符合；  
C．降低温度平衡正向进行，平衡常数增大，故C符合；
D．升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，故D不符合；  
E．加入催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，平衡常数不变，故E不符合；
故答案为：0.20；C；
（3）①依据原电池装置图象分析，氢离子移向正极，所以M为原电池负极，N为正极，负极是甲醇燃料失电子在酸性介质中生成二氧化碳，电极反应为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②电解饱和食盐水生成氯气、氢气和氢氧化钠，结合化学方程式书写离子方程式为：2Cl^-+2H₂O 

通电  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；
溶液体积为300mL，当溶液的pH值为13时，溶液中氢氧根离子浓度c（OH^-）=0.1mol/L，生成氢氧根离子物质的量=消耗氢离子物质的量=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，依据电极反应和电子守恒计算，CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑，CH₃OH～6H+，甲醇物质的量=0.005mol，质量=0.005mol×32g/mol=0.16g；
故答案为：2Cl^-+2H₂O 

通电  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；0.16g．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算分析化学平衡影响因素，平衡移动原理的分析判断，注意图象分析应用，原电池、电解池原理的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．