Question

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．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．请回答下列问题：
（1）写出CO燃烧的热化学方程式

2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1

；
（2）写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

；
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

①温度升高该反应的平衡常数

减小

（增大、减小、不变）
②B过程用H₂表示该反应的化学反应速率是

3nB

2tB

mol?L^-1?min^-1
（4）在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，总反应为：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，负极的反应式为

CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式书写方法和注意问题标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）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；
（3）①依据先拐先平的判断方法可知T₁＜T₂，温度变化判断平衡移动的分析分析平衡常数变化；
②依据图象分析甲醇的平衡物质的量和时间，结合化学方程式计算消耗氢气的物质的量，结合反应速率概念计算得到；
（4）甲醇燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应．

解答：解：（1）由CO（g）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1，则一氧化碳燃烧的热化学方程式为：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1
故答案为：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1；
（2）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）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△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；
（3）①图象分析先拐先平，温度高，T₁＜T₂，温度越高甲醇物质的量越小，说明平衡逆向进行，平衡常数减小，故答案为：减小；
②B过程依据图象分析，在t_B达到平衡时生成甲醇n_Bmol，依据化学方程式CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，消耗氢气物质的量为3n_Bmol，用H₂表示该反应的化学反应速率=

3nBmol 2L

tBmin

=

3nB

2tB

mol/L?min，故答案为：

3nB

2tB

；
（4）直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，总反应为：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，甲醇燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应，负极的反应式为：
CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题考查了热化学方程式的书写和盖斯定律的应用，化学平衡的影响因素分析判断，图象分析应用能力，原电池电极反应书写方法，题目难度中等．