题目内容
利用太阳能分解水产生H2，在催化剂作用下H2与CO2反应合成CH3OH，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池．已知：H2（g）+
| 1 |
| 2 |
CH3OH（l）+
| 3 |
| 2 |
CO（g）+
| 1 |
| 2 |
（1）用太阳能分解18g水，需要消耗的能量为
（2）液态CH3OH不完全燃烧生成CO和液态H2O的热化学方程式为
（3）CO2合成燃料CH3OH是碳减排的新方向．在容积为2L的密闭容器中，充2mol CO2和6mol H2，由CO2和H2合成甲醇，反应式：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），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℃）：
①下列说法正确的是
A．温度为T2时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为：v（CH3OH）=
| nB |
| tB |
B．T2＞T1，T2平衡时，甲醇产量变少，所以该反应为放热反应
C．该反应在T2时的平衡常数比T1时的平衡常数大
D．处于A点的反应体系从T1变到T2，平衡逆向移动
②能判断该反应已达化学反应限度标志的是
A．H2的百分含量保持不变 B．容器中CO2浓度与H2浓度之比为1：3
C．容器中混合气体的密度保持不变 D．CO2消耗速率与CH3OH生成速率相等
（4）科学家致力于CO2的“组合转化”技术研究，如将CO2和H2以体积比1：4比例混合通入反应器，适当条件下，反应可获得一种能源．完成以下化学方程式，就能知道该种能源．CO2+4H2
| ||
（5）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，总反应式为：2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O，则正极的反应式为
考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断
专题：化学平衡专题
分析：（1）由H2（g）的燃烧热化学方程式可以写出水分解的热化学程式，再据此求得消耗的能量；
（2）根据H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热，利用盖斯定律，可以写出液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水的热化学方程式；
（3）①A、反应速率是反应中某物质的浓度在单位时间内的变化，据此可判断；
B、根据温度的变化对平衡的影响，判断平衡移动的方向，再据此判断；
C、根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）的热量的变化，并由此判断温度变化时平衡移动的方向，再判断平衡常数的变化；
D、根据温度变化后对生成物的物质的量的影响，可判断平衡移动方向；
②可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（4）根据化学反应中元素守恒，可推断出产物；
（5）利用原电池原理、氧化还原反应的有关原理及元素守恒和电荷守恒，可写出电极反应．
（2）根据H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热，利用盖斯定律，可以写出液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水的热化学方程式；
（3）①A、反应速率是反应中某物质的浓度在单位时间内的变化，据此可判断；
B、根据温度的变化对平衡的影响，判断平衡移动的方向，再据此判断；
C、根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）的热量的变化，并由此判断温度变化时平衡移动的方向，再判断平衡常数的变化；
D、根据温度变化后对生成物的物质的量的影响，可判断平衡移动方向；
②可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（4）根据化学反应中元素守恒，可推断出产物；
（5）利用原电池原理、氧化还原反应的有关原理及元素守恒和电荷守恒，可写出电极反应．
解答：
解：（1）H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ?mol-1，该反应的热化学方程式为：2H2（g）+O2（g）═2H2O（l），△H=-571.68kJ?mol-1，水分解的热化学方程式为：2H2O（l）═2H2（g）+O2（g），△H=+571.68kJ?mol-1，由此热化学方程式可知每2mol水解需吸收571.6kJ的热量，则不难求得18g水分解需消耗的能量为：
×571.6kJ=285.8 kJ；故答案为：285.8；
（2）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，则它们的热化学方程式分别为：
①2CO（g）+O2（g）═2CO2（g），△H1=-466kJ?mol-1
②CH3OH（g）+O2（g）═CO2（g）+2H2O（l），△H2=-726.5kJ?mol-1
液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水，可看作是上述②-①×
得到，反应热也等于△H2-
△H1=-443.55kJ?mol-1，所以热化学方程式可写为：CH3OH（g）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-443.55kJ?mol-1，
故答案为：CH3OH（g）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-443.55kJ?mol-1；
（3）①A、反应速率是反应中某物质的浓度在单位时间内的变化，∴v（CH3OH）=
=
mol?L-1?min-1，故A错误；
B、T2＞T1，T2平衡时，甲醇产量变少，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B正确；
C、根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）是放热反应可知，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C错误；
D、处于A点的反应体系从T1变到T2，升高温度，甲醇的物质的量减小，平衡向逆反应方向移动，故D正确；
故答案为：BD；
②根据可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，可知：
A、H2的百分含量保持不变，则反应处于平衡状态，故A正确；
B、容器中CO2浓度与H2浓度之比在反应过程中始终为1：3，故不能作为反应是否处于平衡状态的判断标志，故B错误；
C、该反应在恒容条件下进行，反应前后气体的质量始终不变，也就是说反应过程中，密度没有变化，因此容器中混合气体的密度保持不变不能作为平衡状态的判断标志，故C错误；
D、CO2消耗速率与CH3OH生成速率都是指正反应速率，不能判断正逆反应速率是否相等，也就不能说明反应是否处于平衡状态，故D错误；
故答案为：A；
（4）根据化学反应中元素守恒，可推断出CO2和4H2反应生成2H2O外，还有一种物质应当是CH4，故答案为：CH4；
（5）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，在甲醇燃烧生成二氧化碳和水的反应中，甲醇是还原剂，氧气是氧化剂，所以甲醇在正极发生得电子反应，氧气在负极发生失电子反应，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，所以甲醇燃料电池的负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，正极反应式O2+4H++4e-=2H2O，故答案为：O2+4H++4e-=2H2O；CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+．
| 1 |
| 2 |
（2）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，则它们的热化学方程式分别为：
①2CO（g）+O2（g）═2CO2（g），△H1=-466kJ?mol-1
②CH3OH（g）+O2（g）═CO2（g）+2H2O（l），△H2=-726.5kJ?mol-1
液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水，可看作是上述②-①×
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
故答案为：CH3OH（g）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-443.55kJ?mol-1；
（3）①A、反应速率是反应中某物质的浓度在单位时间内的变化，∴v（CH3OH）=
| ||
| tA |
| nA |
| 2tA |
B、T2＞T1，T2平衡时，甲醇产量变少，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B正确；
C、根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）是放热反应可知，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C错误；
D、处于A点的反应体系从T1变到T2，升高温度，甲醇的物质的量减小，平衡向逆反应方向移动，故D正确；
故答案为：BD；
②根据可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，可知：
A、H2的百分含量保持不变，则反应处于平衡状态，故A正确；
B、容器中CO2浓度与H2浓度之比在反应过程中始终为1：3，故不能作为反应是否处于平衡状态的判断标志，故B错误；
C、该反应在恒容条件下进行，反应前后气体的质量始终不变，也就是说反应过程中，密度没有变化，因此容器中混合气体的密度保持不变不能作为平衡状态的判断标志，故C错误；
D、CO2消耗速率与CH3OH生成速率都是指正反应速率，不能判断正逆反应速率是否相等，也就不能说明反应是否处于平衡状态，故D错误；
故答案为：A；
（4）根据化学反应中元素守恒，可推断出CO2和4H2反应生成2H2O外，还有一种物质应当是CH4，故答案为：CH4；
（5）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，在甲醇燃烧生成二氧化碳和水的反应中，甲醇是还原剂，氧气是氧化剂，所以甲醇在正极发生得电子反应，氧气在负极发生失电子反应，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，所以甲醇燃料电池的负极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，正极反应式O2+4H++4e-=2H2O，故答案为：O2+4H++4e-=2H2O；CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+．
点评：本题主要考查了热化学方程式、平衡移动的影响因素、平衡状态的判断、原电池的电极反应的书写等知识，有一定综合性，知识夸度较大，中等难度．
练习册系列答案
相关题目
利用如图装置制取Cu2O，乙的总反应化学方程式为：2Cu+H2O=Cu2O+H2↑．下列说法正确的是（ ）| A、乙中Cu电极的电极反应式是：2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O |
| B、甲中通入氧气的电极为负极 |
| C、乙中阴离子向石墨电极移动 |
| D、电路上通过0.5mol电子，可制得0.5mol Cu2O |
工业酒精与用粮食发酵产生的酒精成份不完全相同．严禁用工业酒精勾兑食用酒，否则会使人双目失明甚至死亡．工业酒精中的主要有毒成份是（ ）
| A、甲醇 | B、甲醛 | C、甲酸 | D、甲苯 |
汽车尾气是城市主要空气污染物，研究控制汽车尾气成为保护环境的重要任务．
有两种位于短周期的相邻周期、相邻主族的非金属元素X、Y，已知两元素最高价氧化物的水化物均为强酸．根据下图转化关系（反应条件及部分产物已略去），回答下列问题：
我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流．电池总反应为：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3，下列说法不正确的是（ ）
| A、正极反应式为：O2+2H2O+4e-═40H - |
| B、电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 |
| C、以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 |
| D、该电池通常只需更换铝板就可继续使用 |