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（1）的燃烧热△H分别为-285.8 kJ．、一283.0 kJ和一726.5．kJ 。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10mol H₂O(1)消耗的能量是________kJ.
（2）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：
__________________________________________________________________________.
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，
考查温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：、均大于300℃）：

下列说法正确的是_______________（填序号）
①温度为时，从反应开始到反应达到平衡，生成甲醇的平均速率为：

②该反应在时的平衡常数比时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系的温度从变到，达到平衡时增大
（4）在温度时，将1mol CO₂和3mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为a，则此时容器内的压强与起始压强之比为___________。
（5）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为___________________;正极的反应式为_____________________________________.理想状态下，该燃料电池消耗lmol甲醇所能产生的最大电能为701.8kJ，则该燃料电池的理论效率为_______________（燃料电池的理论效率是指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）。

Answer 1

（1）2 858
（2）CH₃OH（1）＋O₂(g)===CO(g)＋2H₂O（1）  ΔH＝－443.5 kJ/mol
（3） ③④ 
（4） 1-α/2
（5） CH₃OH+H₂O=CO₂+6H^＋+6e^-   O₂+6H^＋+6e^-=3H₂O  96.6%

解析试题分析：(1)由H₂（g）的燃烧热△H为-285.8kJ·mol^-1知，1mol H₂（g）完全燃烧生成1mol H₂O（1）放出热量285.8kJ，即分解1mol H₂O（1）为1mol H₂（g）消耗的能量为285.8kJ，分解10mol H₂O（1）消耗的能量为2858kJ。
（2）写出燃烧热的热化学方程式：
CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)    △H=-283.0kJ·mol^-1           ①
CH₃OH（1）+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2 H₂O（1） △H=-726.5kJ·mol^-1           ②
用②-①得：CH₃OH（1）+ O₂(g)="CO(g)+2" H₂O（1）    △H=-443.5kJ·mol^-1
（3）根据题给图像分析可知，T₂的反应速率大于T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂>T₁，因温度升高，平衡时CH₃OH的物质的量减少，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，T₁时的平衡常数比T₂时的大，③、④正确，②错误。①中反应速率的单位错误，应为mol·min^-1，①错误；选③④。
（4）利用化学平衡的三段模式法计算：
CO₂ (g)+3H₂(g)= CH₃OH(g) +H₂O(g)
起始  1        3       0        0
变化  a        3 a      a        a
平衡 1-a       3-3a     a        a
根据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：(4-2a)/4=1-a/2
（5）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，在酸性介质中，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。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，为702.1/726.5=96.6%。
考点：考查化学反应中的能量变化与化学平衡有关问题。