Question

實(shí)現(xiàn) “節(jié)能減排” 和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項(xiàng)重要課題就是如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，下圖1表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol^-1)的變化：

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是      (填字母)。
A．△H＞0，△S＞0           B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0           D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如上圖2所示。
①從反應(yīng)開始到平衡，CH₃OH的平均反應(yīng)速率v(CH₃OH) ＝  ；H₂的轉(zhuǎn)化率w(H₂) =   。
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝       。
③下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是        (填字母)。
A．升高溫度
B．將CH₃OH(g)及時(shí)液化抽出
C．選擇高效催化劑
D．再充入l molCO₂和4 molH₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：      。
（4）選用合適的合金為電極，以氫氧化鈉、甲醇、水、氧氣為原料，可以制成一種以甲醇為原料的燃料電池，此電池的負(fù)極應(yīng)加入和通入的物質(zhì)有      ；其正極的電極反應(yīng)式是：       。

Answer 1

（17分） （1）C（2分）（2） ① 0.075 mol·L^-1·min^-1（2分）     56.25%(2分)
②（2分）  ③ BD（2分，少選得1分、多選或錯(cuò)選均不能得分）
（3）CH₃OH（l）+3/2O₂（g）＝CO₂(g)+2H₂O(l) △H＝－726.6kJ·mol^-1（3分，單位錯(cuò)漏扣1分）
（4）甲醇、氫氧化鈉、水（2分，漏寫一個(gè)扣1分，漏寫兩個(gè)或錯(cuò)寫均不得分）；
O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^?（2分）

解析試題分析：（1）根據(jù)圖1可知，該反應(yīng)的反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，所以反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0；根據(jù)方程式可知，該反應(yīng)是氣體體積減小的可逆反應(yīng)，因此△S＜0，答案選C。
（2）①根據(jù)圖2可知，反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)，各種物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。根據(jù)圖2可知，甲醇的濃度增加了0.75mol/L，所以甲醇的反應(yīng)速率v(CH₃OH)＝0.75mol/L÷10min＝0.075 mol·L^-1·min^-1；根據(jù)方程式可知，消耗氫氣的濃度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率是w(H₂)=×100%＝56.25%。
②化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)方程式可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝。
③依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的影響因素和條件逐項(xiàng)分析判斷即可：A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進(jìn)行；B、將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，減小生成物的濃度平衡正向進(jìn)行；C、選擇高效催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡；D、再充入l molCO₂和4molH₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；答案選BD。
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ的熱量，所以1mol甲醇即32g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出363.3kJ×2＝726.6 kJ的熱量，因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+3/2O₂（g）＝CO₂(g)+2H₂O(l) △H＝－726.6kJ·mol^-1。
（4）原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動(dòng)，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。據(jù)此可知，該原電池的負(fù)極應(yīng)加入或通入的物質(zhì)有甲醇、氫氧化鈉、水；正極通入的是氧氣，則正極電極反應(yīng)式為O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^?。
考點(diǎn)：考查焓變和熵變、反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、外界條件對平衡狀態(tài)的影響、熱化學(xué)方程式的書寫以及燃料電池的有關(guān)判斷和電極反應(yīng)式的書寫等