Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發利用，引起了各國的普遍重視．目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應進行過程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化．

（1）關于該反應的下列說法中，正確的是

C

．
A．△H＞0，△S＞0；    B．△H＞0，△S＜0；
C．△H＜0，△S＜0；    D．△H＜0，△S＞0．
（2）該反應平衡常數K的表達式為

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

．
（3）溫度降低，平衡常數K

增大

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（4）為探究反應原理，現進行如下實驗：在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時問變化如圖2所示．從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）：

0.225

 mol?L^-1?min^-1．
（5）下列措施中能使（4）中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有

CD

．
A．升高溫度；
B．加入催化劑；
C．將H₂O（g）從體系中分離；
D．再充入1molCO₂和3molH₂；
E．充入He（g），使體系總壓強增大．
（6）生成的甲醇可設計為燃料電池，如圖3現有甲裝置為原電池，乙裝置為電解池．
①b電極上發生的電極反應式為：

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．
②若甲中有0.1mol CH₃OH參加反應，則乙裝置中生成的氣體在標準狀況下的體積共為

7.84

L．

Answer 1

分析：（1）根據反應物和生成物總能量相對大小確定焓變，根據氣體分子數相對多少確定熵變；
（2）平衡常數K=

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

；
（3）降低溫度，平衡向吸熱反應方向移動；
（4）根據圖象計算甲醇的平均反應速率，再根據同一可逆反應同一時間段內，各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算氫氣的反應速率；
（5）n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，則平衡向正反應方向移動，根據外界條件對化學平衡的影響分析；
（6）①甲醇燃料電池中，甲醇易失電子發生氧化反應，則通入甲醇的電極為負極；
②甲醇失電子的物質的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙裝置中陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子完全析出時得電子的物質的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以陰極上還有氫氣生成，根據轉移電子守恒計算乙裝置中生成氣體的體積．

解答：解：（1）根據圖象知，反應物總能量大于生成物總能量，則該反應是放熱反應，所以△H＜0，根據方程式知，該反應中反應前后氣體分子數減少，則熵減小，所以△S＜0，故選C；
（2）平衡常數K=

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

，故答案為：

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

；
（3）該反應的正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，則反應物濃度減小，生成物濃度增大，所以平衡常數增大，故答案為：增大；
（4）根據圖象計算v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L．min），同一可逆反應同一時間段內，各物質的反應速率之比等于其計量數之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.225 mol/（L．min），
故答案為：0.225；
（5）n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，則平衡向正反應方向移動，
A．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故錯誤；
B．加入催化劑，平衡不一定，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
D．再充入1molCO₂和3molH₂，平衡向正反應方向移動，且相當于增大壓強，促進平衡向正反應方向移動，所以二氧化碳的轉化率增大，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
E．充入He（g），使體系總壓強增大，則各物質的濃度不變，所以平衡不一定，則n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故錯誤；
故選CD；
（6）①甲醇燃料電池中，甲醇易失電子發生氧化反應，則通入甲醇的電極為負極，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②甲醇失電子的物質的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙裝置中陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，串聯電路中轉移電子相等，所以乙中陽極上生成氧氣的體積=

0.6mol

4

×22.4L/mol=3.36L，
陰極上銅離子完全析出時得電子的物質的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以陰極上還有氫氣生成，生成氫氣的體積=

0.6mol-0.2mol

2

×22.4L/mol=4.48L，
所以乙池中生成氣體體積=3.36L+4.48L=7.84L，
故答案為：7.84．

點評：本題考查了原電池和電解池原理、化學平衡移動原理等知識點，根據外界條件對化學平衡的影響、原電池和電解池原理來分析解答，注意（6）②裝置陰極上不僅析出銅還析出氫氣，首先根據轉移電子相等確定陰極上析出的物質，否則易導致錯誤，為易錯點．