Question

【题目】氮氧化物(NOx)、CO2和SO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行化学方法处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。

(1)已知氢气与甲醇的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、726.5 kJ·mol-1,则CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为___________________________________

(2)已知在一定温度下将6molCO2和8mol H2充入容器为2L的密闭容器中发生如下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-49.0 kJ·mol－1,则

①该反应自发进行的条件是 _______________(填“低温”“高温”或“任意温度”)

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是 _____________(填字母)

a.混合气体的平均相对分子质量保持不变 b.CO2和H2的物质的量之比保持不变

c.CO2和H2的转化率相等 d.3v正(H2)=v逆(CH3OH)

e.1mol CO2生成的同时有3mol H—H键断裂

③H2的物质的量随时间变化曲线如图实线所示，仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量随时间变化曲线如图虚线所示。与实线相比,虚线改变的条件可能是__________________

(3)如图是某甲醇燃料电池工作的示意图。质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1L 2mol·L-1H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应式为 _____________________，当电池中有1mol e-发生转移时左右两侧溶液的质量之差为____g(假设反应物耗尽,忽略气体的溶解)。

Answer 1

【答案】CO2(g) +3H2(g) =CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ·mol-1 低温 abe 加压(或增大CO2浓度) CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 12

【解析】

（1）根据热化学方程式和盖斯定律计算所得热化学方程式；

（2）①自发进行的判断依据是△H-T△S<0，结合反应的特征分析判断所需要的条件；

②根据判断平衡状态的依据进行分析；

③虚线在原虚线的基础上氢气的物质的量减小，平衡正向移动，增大压强(或增大CO2浓度)，平衡能够正向移动；

（3）根据原电池的原理，负极发生氧化反应、正极发生还原反应进行分析。

（1）已知氢气与甲醇的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1，则①H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJmol-1；由盖斯定律可知用①×3-②得CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)，该反应的反应热△H=-285.8kJmol-1×3-（-726.5kJmol-1）=-130.9kJmol-1，

故答案为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ·mol-1。

（2）①已知CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，该反应的△S<0，反应焓变△H<0，低温下满足因此△H-T△S<0，因此该反应自发进行的条件是低温，故答案为：低温。

②a.该反应属于气体的物质的量发生变化的反应，混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明各组分的浓度保持不变，能判断该反应达到化学平衡状态，故a正确；

b.CO2和H2的物质的量之比保持不变，表明二者的浓度不变，能判断该反应达到化学平衡状态，故b正确；

c.二者的转化率相等，与是否达到平衡状态无关，故c错误；

d.3v正(H2)=v逆(CH3OH)，表示正逆反应速率不相等，不能判断该反应达到化学平衡状态，故d正确；

e.1molCO2生成的同时有3molH-H键断裂，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故e正确。

故答案为：abe。

③仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示，虚线在原虚线的基础上氢气的物质的量减小，平衡正向移动，增大压强(或增大CO2浓度)，平衡能够正向移动，故虚线所对应的实验条件改变是增大压强(或增大CO2浓度)，故答案为：增大压强(或增大CO2浓度)。

（3）从示意图中可以看出电极a原料是CH3OH和水，反应后产物为CO2和H＋，CH3OH中碳元素化合价为－2，CO2中碳元素化合价为＋4，说明a电极上CH3OH失去电子，电极a是负极，则电极b是正极，b电极原料是O2和H＋，反应后的产物为H2O，氧元素化合价由0→－2，发生还原反应，因为电解质溶液是稀H2SO4，可以写出电池总反应式为2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O，再写出较为简单的正极反应式：3O2＋12e－＋12H＋=6H2O，用总反应式减去正极反应式即可得到负极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－=CO2↑＋6H＋；当转移1mol电子时，左侧质量减轻1/6×12g=2g，还要有1molH+通过质子交换膜进入右侧，质量减少1g，正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，右侧质量增加32g×1/4=8g，加上转移过来的1gH+，因此左右两侧溶液的质量之差为8g+1g+2g+1g=12g，

故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，12。