Question

利用太阳能分解水生成的氢气，在催化剂作用下氢气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ΔH分别为－285.8 kJ·mol^－1、－283.0 kJ·mol^－1和－726.5 kJ·mol^－1。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10 mol水消耗的能量是          kJ。
（2）液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水的热化学方程式为                                                                    。
（3） 在容积为2 L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，反应式：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T₁、T₂均大于300 ℃)：

①可逆反应的平衡常数表达式K＝                
②下列说法正确的是            

A．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)＝mol·L－1·min－1

B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

C．该反应为放热反应

D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大

③在T₁温度时，将1 mol CO₂和3 mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为                  ；
（4） 在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，总反应式为
2CH₃OH + 3O₂＝2CO₂＋4H₂O，则正极的反应式为                             ；
负极的反应式为                                                          。

Answer 1

（1）2858  （2）CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)   △H=" --" 443.5KJ·mol^-1
（3）①   ②C D  ③ （4）O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O   CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

试题分析：（1）1摩尔的氢气完全燃烧产生稳定的氧化物放出热量为285.8 kJ.则1mol的水分解产生1mol的氢气吸收热量285.8 kJ，则分解10 mol水吸收的能量是2858 kJ。（2） CO燃烧的热化学方程式为：①CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H="-283kl/mol;" 液态甲醇完全燃烧的热化学方程式为：②CH3OH(l)+3/2(g)=CO₂(g)+ +2H₂O(l) △H=-726kl/mol②-①整理得CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)   △H=" -" 443.5KJ/mol. （3） ①可逆反应的平衡常数表达式K＝.②A 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)＝ .错误。B 由于在T₁达到平衡时甲醇的物质的量浓度比在T₂时大，说明平衡时K₁＞K₂.错误。C.由于在温度为T₂时先达到平衡，说明T₂＞T₁。升高温度，甲醇的含量降低，说明平衡逆向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应。正确。D. 处于A点的反应体系从T₁升高到T₂，达到平衡时n(H₂) 增大，n(CH₃OH)减小，所以n(H₂)/n(CH₃OH) 增大。正确。正确选项为CD。③开始时通入1 mol CO₂和3 mol H₂，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为α，则达到平衡时充分反应达到平衡后，若CO₂为(1-α)mol, H₂为3(1-α)mol, n(CH₃OH)=" α" mol, n(H₂O)=" α" mol. 由于是在一密闭恒容容器中，所以容器内的压强与起始压强之比为为反应前后的气体的物质的量的比。平衡时气体的物质的量为(1-α)mol+3(1-α)mol+α mol+ α mol.=(4-2α)mol,开始时气体的物质的量为4mol。故容器内的压强与起始压强之比为(4-2α)mol：4mol=。（4） 以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，电池的总反应式为2CH₃OH + 3O₂＝2CO₂＋4H₂O。通入甲醇的电极为负极，负极的反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；通入氧气的电极为正极，正极的反应式O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O