Question

【題目】緩解當(dāng)前能源和資源緊張問題的方法無非是開源和節(jié)流兩個(gè)方面，從開源角度看，有效地開發(fā)利用燃煤產(chǎn)生的CO2重新合成新的燃料是一個(gè)途徑，目前工業(yè)上用CO2來生產(chǎn)甲醇的原理是CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，

(1)上述反應(yīng)過程中的能量變化如圖所示，該反應(yīng)是_____________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

(2)一定溫度下，將5molCO2和8molH2充入2L恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得H2的物質(zhì)的量與時(shí)間的關(guān)系如圖所示，

0-1min內(nèi)，用CO2表示的平均反應(yīng)速率v(CO2)=________________(保留兩位有效數(shù)字)；a點(diǎn)的逆反應(yīng)速率________________b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率(填“＞”“＜”或“＝”)。

(3)對(duì)于在恒溫恒容條件下進(jìn)行的反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，下列敘述不能說明其已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________________(填序號(hào))。

a. 混合氣體的密度不再改變

b. 容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化

c. CH3OH(g)的濃度保持不變

d. 單位時(shí)間內(nèi)消耗1molCO2，同時(shí)生成1molCH3OH

(4)甲醇燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)如圖所示（電解質(zhì)溶液為稀硫酸）：

①Pt(b)電極上發(fā)生_____________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為________________________。

②如果該電池工作時(shí)導(dǎo)線中通過3mol電子，則理論上消耗甲醇的物質(zhì)的量為__________________。

Answer 1

【答案】放熱 0.33mol/(L·min) ＜ ad 還原 O2＋4e－＋4H＋=2H2O 0.5mol

【解析】

(1)根據(jù)吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物的能量大小關(guān)系分析；

(2)根據(jù)速率的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)可逆反應(yīng)平衡建立過程中正逆反應(yīng)速率的變化分析；

(3)由化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法分析；

(4)由燃料電池的工作原理分析解答。

(1)由能量變化圖可知，該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

(2)由圖像可知，0-1min內(nèi)，，則，則用CO2表示的平均反應(yīng)速率；由于該反應(yīng)是從正反應(yīng)方向建立平衡的，則在平衡之前，正反應(yīng)反速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率逐漸增大，故a點(diǎn)的逆反應(yīng)速率＜b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率；

(3)反應(yīng)條件為恒溫、恒容，該反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的正反應(yīng)方向是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，

a. 由質(zhì)量守恒定律可知，混合氣體的質(zhì)量始終保持不變，又容器的容積不變，則混合氣體的密度始終保持改變，則混合氣體的密度不再改變時(shí)，不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故a符合；

b. 該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，則隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化，故容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化時(shí)，能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不符合；

c. CH3OH(g)的濃度保持不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故c不符合；

d. 單位時(shí)間內(nèi)消耗1molCO2，同時(shí)生成1molCH3OH，均表示正反應(yīng)速率，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，故單位時(shí)間內(nèi)消耗1molCO2，同時(shí)生成1molCH3OH時(shí)，不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故d符合；

故選ad；

(4)甲醇燃料電池通入燃料甲醇的一極為負(fù)極，即Pt(a)電極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，即Pt(b)電極為正極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，

①Pt(b)電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O；

②Pt(a)電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，由關(guān)系式可知，如果該電池工作時(shí)導(dǎo)線中通過3mol電子，則理論上消耗甲醇的物質(zhì)的量為0.5mol。