Question

15．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO₂转化为可利用的资源．目前工业上有一种方法是用CO₂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＞0，△S＜0  C．△H＜0，△S＜0  D．△H＜0，△S＞0
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如上图2所示．
①从反应开始到平衡，CO₂的平均反应速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）；
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD （填字母）．
A．升高温度  B．将CH₃OH（g）及时液化抽出  C．选择高效催化剂  D．再充入l molCO₂和4molH₂
（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363.3kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6kJ/mol．
（4）选用合适的合金为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此电池的负极的电极反应式是：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）反应物总能量高于生成物总能量，反应为放热反应，正反应为气体物质的量减小的反应，则为熵减的反应；
（2）①由图2可知，CO₂的浓度变化量为（1-0.25）mol/L=0.75mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）；
②A．升高温度平衡向吸热反应方向移动；
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．再充入l molCO₂和4molH₂，压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动；
（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；
（4）碱性甲醇燃料电池为原电池，原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水．

解答 解：反应物总能量高于生成物总能量，反应为放热反应，正反应为气体物质的量减小的反应，则为熵减的反应，即△H＜0，△S＜0，
故选：C；
（2）①由图2可知，CO₂的浓度变化量为（1-0.25）mol/L=0.75mol/L，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），
故答案为：0.075mol/（L•min）；
②A．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，可以加快反应速率，但不影响平衡移动，故C错误；
D．再充入l molCO₂和4molH₂，压强增大，正反应为气体体积减小的反应，则平衡正向移动，故D正确，
故选：BD；
（3）16g 液态甲醇完全燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出363.3kJ热量，则1mol甲醇燃烧放出的热量=363.3kJ×$\frac{1mol/L×32g/mol}{16g}$=726.6kJ，故热化学反应方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6kJ/mol；
（4）碱性甲醇燃料电池为原电池，原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极的电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率、热化学方程式、原电池等，属于拼合型题目，是对学生综合能力的考查，难度中等．