Question

【题目】目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇（CH3OH）。一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol—1)的变化。

（1）该反应为_________热反应，原因是_____________________。

（2）下列能说明该反应已经达到平衡状态的是_________(填序号)

A．v (H2)=3v(CO2) B．容器内气体压强保持不变

C．v逆(CO2)=v正(CH3OH) D．容器内气体密度保持不变

E．CH3OH 中1 mol H—O键断裂的同时2 mol C=O键断裂

F. 混合气体的平均摩尔质量不变

（3）在体积为1 L的密闭容器中，充入1 molCO2和3 molH2，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v (H2)=________。 达平衡时容器内平衡时与起始时的压强比____________。

（4）甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池，其负极的电极反应为________________，

与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极物质时，甲醇燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的___________倍（保留小数点后1位）。

Answer 1

【答案】 放热 生成物的能量低于反应物的能量 BCEF 0.225 5:8 CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2 19.4

【解析】（1）由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应；（2）A．v (H2)= 3v(CO2) ，始终存在，不能判断正逆反应速率关系，不能判定平衡状态，A错误；B．该反应为气体体积不等的反应，则容器内气体压强保持不变，达到平衡状态，B正确；C．v逆(CO2)= v正(CH3OH) ，可知正逆反应速率相等，能判定平衡状态，C正确；D．混合气体的质量、体积不变，则容器内气体密度始终保持不变，不能判定平衡状态，D错误；E．1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂，可知正逆反应速率相等，能判定平衡状态，E正确；F．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均摩尔质量不变说明反应达到平衡状态，F正确；答案选BCEF；（3）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

开始 1 3 0 0

转化 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡 0.25 0.75 0.75 0.75

从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v （H2）=2.25mol/L÷10min=0.225mol/（L·min）；达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比为(0.25+0.75+0.75+0.75):(1+3)=5：8；

（4）甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池，其负极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；铅蓄电池中负极材料为Pb，氧化为PbSO4，甲醇燃料电池中负极通入甲醇，氧化生成CO2，相同质量提供电子数目之比为=32：621，则甲醇燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的621/32=19.4倍。