Question

20．用CO₂生产绿色燃料甲醇时发生反应A：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
（1）2CH₃OH（g）+3O₂ （g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1365.0KJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的反应热△H=-42.9kJ/mol．
（2）在体积为1L的恒容密闭容器中发生反应A，下图是在三种投料[n（CO₂）和n（H₂）分别为1mol，3mol；1mol，4mol和1mol，6mol]下，反应温度对CO₂平衡转化率影响的曲线．

①曲线c对应的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=6mol．
②T₁℃时，曲线a对应的化学平衡常数是0.52．
③500℃时，反应A的平衡常数K=2.5，T₁℃高于500℃（填“高于”、“低于”或“等于”）．
（3）甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图如下：

d电极上发生的是还原（填“氧化”或“还原”）反应．
②物质b是H₂O₂（填化学式）．
③写出c电极的电极反应式CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）已知：①2CH₃OH（g）+3O₂ （g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1365.0KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O（g）△H=-241.8 KJ/mol，
根据盖斯定律：②×3-①×$\frac{1}{2}$得CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）；
（2）①当其他条件不变时，增大反应物氢气的浓度，平衡正向移动，CO₂的平衡转化率增大；
②曲线a对应的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=3mol，T₁℃时，二氧化碳的平衡转化率为60%，转化的二氧化碳为0.6mol，容器体积为1L，则：
               CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1       3        0        0
变化浓度（mol/L）：0.6     1.8      0.6      0.6
平衡浓度（mol/L）：0.4     1.2      0.6      0.6
再根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$计算平衡常数；
③由（1）知反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
（3）①由甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图知，氢离子移向d电极，d电极为电池的正极，发生的是还原反应；
②物质b在d电极上发生还原反应，物质b是H₂O₂；
③c电极为电池的负极，甲醇在该电极上反应氧化反应生成二氧化碳与氢离子．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（g）+3O₂ （g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1365.0KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O（g）△H=-241.8 KJ/mol，
根据盖斯定律：②×3-①×$\frac{1}{2}$得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）的反应热△H=-42.9kJ/mol，
故答案为：-42.9kJ/mol；
（2）①当其他条件不变时，增大反应物氢气的浓度，平衡正向移动，CO₂的平衡转化率增大，由题给图象知相同温度下，曲线c二氧化碳的平衡转化率最大，故曲线c对应的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=6mol，
故答案为：n（CO₂）=1mol，n（H₂）=6mol；
②曲线a对应的投料是n（CO₂）=1mol，n（H₂）=3mol，T₁℃时，二氧化碳的平衡转化率为60%，转化的二氧化碳为0.6mol，容器体积为1L，则：
               CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1       3        0         0
变化浓度（mol/L）：0.6     1.8      0.6       0.6
平衡浓度（mol/L）：0.4     1.2      0.6       0.6
则平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.6×0.6}{0.4×1．{2}^{3}}$=0.52，
故答案为：0.52；
③由（1）知反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，若500℃时，反应A的平衡常数K=2.5，T₁℃高于500℃，
故答案为：高于；
（3）①由甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图知，氢离子移向d电极，d电极为电池的正极，发生的是还原反应，故答案为：还原；
②物质b在d电极上发生还原反应，物质b是H₂O₂，故答案为：H₂O₂；
③c电极为电池的负极，甲醇在该电极上反应氧化反应生成二氧化碳与氢离子，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺．

点评 本题考查反应热的计算、盖斯定律、化学平衡和燃料电池，（3）中注意根据示意图中氢离子移动方向判断正负极，难度中等．