Question

【題目】甲醇(CH3OH)是一種優(yōu)質(zhì)燃料，(1)已知一定條件下88gCO2和足量氫氣完全反應(yīng)可生成氣態(tài)甲醇(CH3OH)和水蒸汽并放出98kJ的熱量。 請回答：

(1)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式： __________________________________________。

(2)為探究用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖。請回答：

①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的反應(yīng)速率：υ(H2)=______。

②下列措施中能使υ(CO2)增大的是______。

A 加入催化劑 B 充入He(g)，使體系壓強增大

C 將H2O(g)從體系中分離 D 升高溫度

③能夠說明該反應(yīng)已達到平衡的是______。

A 恒溫、恒容時，容器內(nèi)的壓強不再變化 B 恒溫、恒容時，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化 C 一定條件下，CO2、H2和CH3OH的濃度不再變化 D 一定條件下，單位時間內(nèi)消耗3molH2的同時生成1molCH3OH E 有2個C=O鍵斷裂的同時，有3個H-H鍵斷裂

(3)甲醇—空氣堿性燃料電池在生活中有著廣泛的應(yīng)用，寫出該電池正極的電極反應(yīng)式_____________。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=﹣49.0kJ/mol 0.225 molL-1min-1 AD AC O2+2H2O+4e-=4OH-

【解析】

(1)根據(jù)n=m/M，計算88gCO2和氫氣化合生成甲醇和水放出的熱量，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和反應(yīng)焓變寫出；

(2)①υ=△c/△t和同一化學(xué)反應(yīng)中不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，求反應(yīng)速率；

②根據(jù)升高溫度，增大濃度，增大壓強，加入催化劑等可以加快反應(yīng)速率判斷如何增加CO2的反應(yīng)速率；

③可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，同種物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，用不同的物質(zhì)表示正逆反應(yīng)速率時等于計量數(shù)之比；平衡時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變。

（3）甲醇燃料電池中，正極O2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。

(1)88gCO2的物質(zhì)的量為2mol，2molCO2完全反應(yīng)可以放出98kJ的熱量。根據(jù)原子守恒，配平化學(xué)方程式，CO2（g）＋3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，化學(xué)方程式中為1molCO2參加反應(yīng)完全反應(yīng)時放出的熱量為49kJ。熱化學(xué)方程式需要標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的狀態(tài)，以及焓變，熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=﹣49.0kJ/mol；

(2)①根據(jù)圖示，從反應(yīng)到平衡時，CO2的濃度從1mol·L－1降低到0.25mol·L－1，共用時10min。根據(jù)υ（CO2）=；同一化學(xué)反應(yīng)中，不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則有υ（CO2）：υ（H2）=1:3，可得υ（H2）=0.225mol·L-1·min-1。

②A.加入催化劑，可以降低反應(yīng)活化能，增大化學(xué)反應(yīng)速率，A符合題意；

B．充入He，雖然體系的壓強增大，但是CO2的濃度不變，化學(xué)反應(yīng)速率不變；B項不符合題意；

C．將H2O從體系中分離的瞬間，CO2的濃度不變，CO2的速率不變；C項不符合題意；D．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，D項符合題意；

答案為AD；

③A.恒溫恒容時，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，反應(yīng)前后物質(zhì)的量發(fā)生改變，則壓強發(fā)生改變，當(dāng)壓強不變的時候，說明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達到了平衡；A項符合題意；

B．，各反應(yīng)物均為氣體，m總不變，恒容容器，V不變，說明密度一直不變，密度不變不能說明反應(yīng)達到了平衡；B項不符合題意；

C．達到平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)消耗的速率和生成的速率相等，所以各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，C項符合題意；

D．消耗H2為正反應(yīng)速率，生成甲醇也是正反應(yīng)速率，無法得知正逆反應(yīng)是否相等，無法得知是否平衡；D項不符合題意；

E．C=O鍵斷開，表示的為正反應(yīng)速率，H－H鍵斷開也表示正反應(yīng)速率，無法得知正逆反應(yīng)是否相等，無法得知是否平衡；E項不符合題意；

答案為AC；

(3)甲醇－空氣燃料電池，正極的反應(yīng)物為O2。電解質(zhì)溶液為堿性，氧氣得到電子和水反生生成OH－，電極方程式為O2+2H2O+4e-=4OH-。