Question

实现“节能减排和”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），下图1 表示该反应能量（单位为 kJ．mol^-1）变化：
（1）如图表示反应的能量变化关系，则此反应为

 

（填“吸热”或“放热”）反应，其中△H=

 

（用含有a、b的关系式表示）．
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充人1molCO₂和4mol H₂一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得 CO₂ 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，CH₃OH的平均反应速率V（CH₃OH）=

 

②该反应的平衡常数表达式K=

 

．
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是

 

（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1molCO₂和4molH₂
（3）25℃，1.01x10⁵Pa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：

 

．
（4）选用合适的合金为电扱，以熔融K₂CO₃为电解液，可以制成一种以甲醇、空气为原料的燃料电池，其负极的电极反应式是：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,反应速率的定量表示方法

专题：

分析：（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，故该反应为放热反应；△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和；
（2）二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；
①根据c=

△c

△t

计算v（CH₃OH）；
②平衡常数等于生成物的浓度化学计量数幂之积除以反应物的浓度化学计量数幂之积，
③依据化学反应的影响因素和条件逐项分析判断：
A、反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
B、将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量平衡正向进行；
C、选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡；
D、再充入l molCO₂和3molH₂，增大压强平衡正向进行；
（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，则1mol甲醇完全燃烧恢复到原状态时，放出热量=363.3kJ×

1mol×32g/mol

16g

=726.6kJ，依据书写热化学方程式的方法写出甲醇燃烧热的热化学方程式；
（4）负极上甲醇失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水．

解答： 解：（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，故该反应为放热反应，△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=（a-b）KJ/mol；
故答案为：放热；（a-b）KJ/mol；
（2）二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L，则：
①v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min）；
故答案为：0.075mol/（L?min）；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式K=

c(CH 3OH)?c(H 2O)

c(CO 2)?c 3(H 2)

，
故答案为：

c(CH 3OH)?c(H 2O)

c(CO 2)?c 3(H 2)

；
③措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是：
A、反应是放热反应，升温平衡逆向进行；故A错误；
B、将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量，平衡正向进行，故B正确；
C、选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡，故C错误；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大压强平衡正向进行，故D正确；
故选：BD；
（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，则1mol甲醇完全燃烧恢复到原状态时，放出热量=363.3kJ×

1mol×32g/mol

16g

=726.6kJ，故甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1；
（4）负极上甲醇失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

点评：本题考查了反应的焓变判断，热化学方程式的书写，化学平衡的影响因素，化学平衡的计算、化学平衡常数、原电池的原理等，图象分析是关键，难度中等．