题目内容
科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下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．CO（g）的燃烧热△H为-283.0kJ?mol-1，已知1mol甲醇（CH3OH）完全燃烧放出热量为726.5kJ．请回答下列问题：（1）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的化学方程式为
（2 ）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，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℃）；下列说法正确的是
①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）=
| nA |
| lA |
②该图中T1大于T2
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时
| n(H2) |
| n(CH3OH) |
（3）在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为
（4）在直接以甲醇（CH3OH）为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为
考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,原电池和电解池的工作原理
专题：
分析：（1）根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（2）根据图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T1、T2，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（3）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；
（4）根据原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，并考虑电解质溶液参与电极反应来分析，并利用电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比来计算燃料电池的理论效率．
（2）根据图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T1、T2，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（3）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；
（4）根据原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，并考虑电解质溶液参与电极反应来分析，并利用电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比来计算燃料电池的理论效率．
解答：
解：（1）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1，则
①CO（g）+
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ?mol-1
②CH3OH（l）+
O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ?mol-1
由盖斯定律可知，②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），则△H=-726.5kJ?mol-1-（-283.0kJ?mol-1）=-443.5kJ?mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.5kJ?mol-1；
（2）根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1，又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T1时的平衡常数比T2时的大；
①v（CH3OH）=
=
mol/L?min，故①错误；
②正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T1时的平衡常数比T2时的大，故②错误；
③由图象可知T2先达到平衡，则T2＞T1，由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1，又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，故③正确；
④处于A点的反应体系从T1变到T2，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故
增大，故④正确；
故答案为：③④；
（3）CO2转化率为a，则转化的物质的量为amol，则
CO2 （g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
起始 1 3 0 0
变化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比为=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案为：（2-a）：2；
（4）由燃料电池是原电池的一种，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，甲醇燃烧生成二氧化碳和水，
但在酸性介质中，正极不会生成大量氢离子，则电解质参与电极反应，甲醇燃料电池的负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，
正极反应式为
O2+6H++6e-=3H2O，又该电池的理论效率为消耗1mol甲醇所能产生的最大电能与其燃烧热之比，则电池的理论效率为
×100%=96.6%，
故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；
O2+6H++6e-=3H2O；96.6%．
①CO（g）+
| 1 |
| 2 |
②CH3OH（l）+
| 1 |
| 2 |
由盖斯定律可知，②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），则△H=-726.5kJ?mol-1-（-283.0kJ?mol-1）=-443.5kJ?mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.5kJ?mol-1；
（2）根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1，又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T1时的平衡常数比T2时的大；
①v（CH3OH）=
| ||
| tA |
| nA |
| 2tA |
②正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T1时的平衡常数比T2时的大，故②错误；
③由图象可知T2先达到平衡，则T2＞T1，由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1，又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，故③正确；
④处于A点的反应体系从T1变到T2，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故
| n(H2) |
| n(CH3OH) |
故答案为：③④；
（3）CO2转化率为a，则转化的物质的量为amol，则
CO2 （g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
起始 1 3 0 0
变化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比为=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案为：（2-a）：2；
（4）由燃料电池是原电池的一种，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，甲醇燃烧生成二氧化碳和水，
但在酸性介质中，正极不会生成大量氢离子，则电解质参与电极反应，甲醇燃料电池的负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，
正极反应式为
| 3 |
| 2 |
| 702.1 |
| 726.5 |
故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；
| 3 |
| 2 |
点评：本题考查浓度与时间的图象，为高频考点，涉及燃烧热、盖斯定律、热化学反应方程式、反应速率、化学平衡、原电池等重要知识，综合性较强，侧重分析与应用能力的考查，题目难度不大．
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