Question

【題目】科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為﹣285.8kJmol﹣1、﹣283.0kJmol﹣1和﹣726.5kJmol﹣1 ． 請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是kJ．
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為 ．
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如圖所示（注：T1、T2均大于300℃）．

判斷該可逆反應達到化學平衡狀態的標志是（填字母）．
①．v生成（CH3OH）=v消耗（CO2） ②．混合氣體的密度不再改變
③．CO2、H2、CH3OH的濃度均不再變化 ④．混合氣體的壓強不再改變
（4）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質溶液為酸性，負極的反應式為、正極的反應式為 ． 理想狀態下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為（燃料電池的理論效率是指電池所產生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比）．

Answer 1

【答案】
（1）2858
（2）CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=﹣443.5kJmol﹣1
（3）③④
（4）CH3OH+H2O﹣6e﹣═CO2+6H+；O2+4H++4e﹣═2H2O；96.64%
【解析】解：（1.）由H2（g）的燃燒熱△H為﹣285.8kJmol﹣1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（l）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H2O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，故答案為：2858；
（2.）②由CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為﹣283.0kJmol﹣1和﹣726.5kJmol﹣1 ， 則①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=﹣283.0kJmol﹣1②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=﹣726.5kJmol﹣1由蓋斯定律可知用②﹣①得反應CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），該反應的反應熱△H=﹣726.5kJmol﹣1﹣（﹣283.0kJmol﹣1）=﹣443.5kJmol﹣1 ， 故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=﹣443.5kJmol﹣1；
（3.）由CO2和H2合成甲醇，其反應為CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）①．生成甲醇為正反應速率，消耗二氧化碳為正反應速率，都是正反應速率，不能判斷反應是否達到平衡狀態，故錯誤； ②．在容積為2L的密閉容器中，氣體的體積不變，質量守恒，所以混合氣體的密度始終不變，不能根據密度判斷反應是否達到平衡狀態，故錯誤③．隨著反應進行CO2、H2的濃度逐漸減小，CH3OH的濃度逐漸增大，當各物質的濃度保持不變，說明反應達到平衡狀態，故正確； ④．該反應是氣體減少的反應，隨著反應進行氣體的物質的量減少，則混合氣體的壓強減小，當混合氣體的壓強不再改變，說明反應達到平衡狀態，故正確．故答案為：③④；
（4.）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發生氧化反應生成二氧化碳，則負極的電極方程式為：CH3OH+H2O﹣6e﹣═CO2+6H+ ， 氧氣在正極上得電子生成水，正極發生的電極反應式是：O2+4H++4e﹣═2H2O；1mol甲醇完全燃燒放出726.5kJ能量，已知的1mol甲醇所能產生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為 ×%=96.64%．故答案為：CH3OH+H2O﹣6e﹣═CO2+6H+；O2+4H++4e﹣═2H2O；96.64%．
（1.）由氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數與反應熱的關系來計算；
（2.）根據CO和CH3OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式；
（3.）反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等但不等于0，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，可由此進行判斷；
（4.）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發生氧化反應生成二氧化碳，氧氣在正極上得電子生成水；1mol甲醇完全燃燒放出726.5kJ能量，根據已知的1mol甲醇所能產生的最大電能計算．