Question

【題目】目前工業上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇(CH3OH)。在一定條件下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，圖1表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化。

(1)該反應為___(填吸熱或放熱)反應。

(2)在體積固定的密閉容器中，下列能說明該反應已經達到平衡狀態的是___(填序號)。

A.v(H2)=3v(CO2)

B.容器內氣體壓強保持不變

C.v逆(CO2)=v正(CH3OH)

D.容器內氣體密度保持不變

E.2molC=O鍵斷裂的同時CH3OH中有1molH—O鍵形成

F.混合氣體的平均摩爾質量不變

(3)在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖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)=___。達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強比___。

(4)甲醇、氧氣在一定條件下可構成如圖3所示的燃料電池，其負極的電極反應為___，與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極物質時，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的___倍(保留小數點后1位)。

Answer 1

【答案】放熱 BCF 0.225mol/(L·min) 5∶8 CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2 19.4

【解析】

(1)根據反應物的總能量大于生成物的總能量判斷；

(2)根據化學平衡的特征分析判斷；

(3)根據三段式結合物質的量比等于壓強比計算解答；

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，負極上甲醇失去電子生成二氧化碳；鉛蓄電池中負極材料為Pb，氧化為PbSO4，結合轉移的電子數計算甲醇燃料電池的理論放電量與鉛蓄電池的倍數。

(1)由圖可知，該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，故答案為：放熱；

(2)A．v(H2)=3v(CO2)，始終存在，不能判斷正、逆反應速率的關系，不能判定平衡狀態，故A錯誤；B．該反應為氣體物質的量變化的反應，容器內氣體的壓強為變量，則容器內氣體壓強保持不變，說明達到平衡狀態，故B正確；C．v逆(CO2)=v正(CH3OH)，可知正、逆反應速率相等，說明達到平衡狀態，故C正確；D．混合氣體的質量、體積不變，則容器內氣體密度始終保持不變，不能判定平衡狀態，故D錯誤；E．1molH-O鍵斷裂的同時2molC=O鍵形成，都表示正反應速率，不能判定平衡狀態，故E錯誤；F．反應前后氣體的物質的量發生變化，則混合氣體的平均摩爾質量為變量，混合氣體的平均摩爾質量不變，說明達到平衡狀態，故F正確，故答案為：BCF；

(3)根據三段式：

從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率為：v(H2)==0.225mol/(L·min)；達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強之比為=5∶8，故答案為：0.225mol/(L·min)； 5∶8；

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，負極上甲醇發生氧化反應生成二氧化碳，負極的電極反應式為CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；鉛蓄電池中負極材料為Pb，氧化為PbSO4，甲醇燃料電池中負極通入甲醇，氧化生成CO2，相同質量的Pb和甲醇轉移的電子數之比為×2∶×6=32∶621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的倍=19.4倍，故答案為：CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；19.4。