题目内容

6.为倡导“节能减排”和“低碳经济”,降低大气中C02的含量及有效地开发利用C02科学家正在研究如何将C02转化为可利用的资源.目前工业上有一种方法是用C02来生产燃料甲醇,一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)如图1表示该反应过程中能量(单位为kJ.mol-1)的变化:
(1)关于该反应的下列说法中,正确的是C(填字母).
A.△H>0,△S>0     B.△H>O,△S<0
C△H<O.△S<O       D.△H<0,△S>0
(2)为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为3L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件发生反应:C02(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H20(g),经测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.
①从反应开始到平衡,CO2的平均反应速率v(CO2)=0.025mol/(L.min).
②此条件下,该反应的平衡常数K=48.
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD.
A.升高温度
B.将CH3OH(g)及时液化抽出
C.选择高效催化剂
D.向该容器中再充入1molCO2和3mol H2
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出369.2kJ的热量,写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJ•mol-1.
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醉、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此电池的负极应加入或通入的物质有甲醇、氢氧化钠;其正极的电极反应式是O2+2H2O+4e-═4OH-.

分析 (1)正反应是气体物质的量减小的反应,故为熵减的反应,由图可知反应物总能量高于生成物总能力,故为放热反应;
(2)在体积为3L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,10min达到平衡,平衡时二氧化碳为0.25mol、甲醇为0.75mol,则:
           CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol):1       3         0        0
变化量(mol):0.75    2.25      0.75     0.75
平衡量(mol):0.25    0.75      0.75     0.75
①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CO2);
②平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$;
③A.升高温度平衡向吸热反应移动;
B.将CH3OH(g)及时液化抽出,生成物浓度减小,平衡正向移动;
C.选择高效催化剂不影响平衡移动;
D.向该容器中再充入1molCO2和3mol H2,反应物浓度增大,平衡正向移动;
(3)计算1mol甲醇燃烧放出的热量,注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式,注意甲醇的化学计量数为1;
(4)本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水,二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠,原电池负极发生氧化反应,应在负极加入甲醇与氢氧化钠,正极上还原反应,氧气在正极获得电子,碱性条件下生成氢氧根离子.

解答 解:(1)正反应是气体物质的量减小的反应,故为熵减的反应,即△S<0,由图可知反应物总能量高于生成物总能力,故为放热反应,则△H<0,
故选:C;
(2)在体积为3L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,10min达到平衡,平衡时二氧化碳为0.25mol、甲醇为0.75mol,则:
            CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol):1        3        0          0
变化量(mol):0.75     2.25     0.75       0.75
平衡量(mol):0.25     0.75     0.75        0.75
①v(CO2)=$\frac{\frac{0.75mol}{3L}}{10min}$=0.025mol/(L.min),故答案为:0.025mol/(L.min);
②平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{\frac{0.75}{3}×\frac{0.75}{3}}{\frac{0.25}{3}×(\frac{0.75}{3})^{3}}$=48,故答案为:48;
③A.正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,故A错误;
B.将CH3OH(g)及时液化抽出,生成物浓度减小,平衡正向移动,故B正确
C.选择高效催化剂加快反应速率,不影响平衡移动,故C错误
D.向该容器中再充入1molCO2和3mol H2,反应物浓度增大,平衡正向移动,故D正确,
故选:BD;
(3)1mol甲醇燃烧放出的热量为369.2kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g}$=738.4 kJ,甲醇燃烧热的热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJ•mol-1;
(4)本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水,二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠,原电池负极发生氧化反应,应在负极加入甲醇与氢氧化钠,正极上还原反应,氧气在正极获得电子,碱性条件下生成氢氧根离子,正极电极反应式为:O2+2H2O+4e-═4OH-,
故答案为:甲醇、氢氧化钠;O2+2H2O+4e-═4OH-.

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、热化学方程式书写、原电池等,是对基础知识的综合考查,难度中等.

练习册系列答案
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