Question

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（1）的燃燒熱△H分別為-285.8 kJ．、一283.0 kJ和一726.5．kJ 。請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol H₂O(1)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，在其他條件不變的情況下，
考查溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示（注：、均大于300℃）：

下列說法正確的是_______________（填序號）
①溫度為時，從反應開始到反應達到平衡，生成甲醇的平均速率為：

②該反應在時的平衡常數比時的小
③該反應為放熱反應
④處于A點的反應體系的溫度從變到，達到平衡時增大
（4）在溫度時，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為a，則此時容器內的壓強與起始壓強之比為___________。
（5）在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，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lmol甲醇所能產生的最大電能為701.8kJ，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

（1）2 858
（2）CH₃OH（1）＋O₂(g)===CO(g)＋2H₂O（1）  ΔH＝－443.5 kJ/mol
（3） ③④ 
（4） 1-α/2
（5） CH₃OH+H₂O=CO₂+6H^＋+6e^-   O₂+6H^＋+6e^-=3H₂O  96.6%

解析試題分析：(1)由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ·mol^-1知，1mol H₂（g）完全燃燒生成1mol H₂O（1）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H₂O（1）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，分解10mol H₂O（1）消耗的能量為2858kJ。
（2）寫出燃燒熱的熱化學方程式：
CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)    △H=-283.0kJ·mol^-1           ①
CH₃OH（1）+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2 H₂O（1） △H=-726.5kJ·mol^-1           ②
用②-①得：CH₃OH（1）+ O₂(g)="CO(g)+2" H₂O（1）    △H=-443.5kJ·mol^-1
（3）根據題給圖像分析可知，T₂的反應速率大于T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂>T₁，因溫度升高，平衡時CH₃OH的物質的量減少，說明可逆反應CO₂+3H₂ CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，T₁時的平衡常數比T₂時的大，③、④正確，②錯誤。①中反應速率的單位錯誤，應為mol·min^-1，①錯誤；選③④。
（4）利用化學平衡的三段模式法計算：
CO₂ (g)+3H₂(g)= CH₃OH(g) +H₂O(g)
起始  1        3       0        0
變化  a        3 a      a        a
平衡 1-a       3-3a     a        a
根據壓強之比等于物質的量之比，則容器內的壓強與起始壓強之比為：(4-2a)/4=1-a/2
（5）燃料電池是原電池的一種，負極失電子，發生氧化反應；正極得電子，發生還原反應，在酸性介質中，甲醇燃料電池的負極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H^＋，正極反應式為 O₂+6H^＋+6e^-=3H₂O。該電池的理論效率為消耗1mol甲醇所能產生的最大電能與其燃燒熱之比，為702.1/726.5=96.6%。
考點：考查化學反應中的能量變化與化學平衡有關問題。