Question

科學(xué)家利用太陽(yáng)能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇：
( CO₂ + 3H₂ = CH₃OH + H₂O )，并開發(fā)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-285.8 kJ·mol^-1、-283.0 kJ·mol^-1和-726.5kJ·mol^-1。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）用太陽(yáng)能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ
（2）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，考察溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說(shuō)法正確的是________（填序號(hào)）

①溫度為T₁時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的
平均速率為v(CH₃OH)= mol·L^-1·min^-1
②該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的小
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí) 增大
（3）在T₁溫度時(shí)，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a,則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為                  ( 用 a表示 )
（4）已知甲醇燃燒的化學(xué)方程式為2CH₃OH +3O₂ =2CO₂ +4H₂O ，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為                   ，正極的反應(yīng)式為                     

Answer 1

(1)   2858   ；(2)  ③④ ； (3)   1- （或（2- a）/ 2 ）；
（4）CH₃OH + H₂O- 6e^-= CO₂ + 6H⁺     ；O₂ + 4H⁺ + 4e^-= 2H₂O 

解析試題分析：（1）由于H₂(g)的燃燒熱△H分別為-285.8 kJ·mol^-1，所以產(chǎn)生1mol的水時(shí)放出熱量是285.8 kJ，因此若用太陽(yáng)能分解10mol水消耗的能量是285.8 kJ×10=2858KJ；(2) ①速率是單位時(shí)間內(nèi)的濃度改變數(shù)值，定義應(yīng)用不對(duì)，錯(cuò)誤；②由于在溫度為T₁時(shí)甲醇的平衡物質(zhì)的量濃度大于T₂時(shí)，說(shuō)明該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，錯(cuò)誤；③H₂(g)、 CO(g) 和 CH₃OH(l) 的燃燒熱的熱化學(xué)方程式是H₂(g)＋1/2O₂(g)= H₂O(l) ΔH=－285.8 kJ/mol; CO(g)+ 1/2O₂(g)= CO₂(g)ΔH=－283.0 kJ/mol; CH₃OH(l) + 3/2O₂(g)= CO₂(g)+ 2H₂O(l) ΔH=－726.5 kJ/mol;將氫氣燃燒熱的方程式擴(kuò)大3倍與甲醇的燃燒熱方程式相減，整理可得CO₂(g)+ 3H₂(g)= CH₃OH (g)+ H₂O(g)ΔH=－130.9KJ/mol，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，正確；④由于該反應(yīng)是反應(yīng)反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇的含量降低，因此溫度T₂>T₁,處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)增大，正確；(3)在恒容密閉容器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量的比等于容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)之比，在反應(yīng)開始時(shí)，容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量是4mol,由于CO₂轉(zhuǎn)化率為a,則達(dá)到平衡時(shí)各種氣體的物質(zhì)的量分別是H₂：（3-3a）mol; CO₂; （1-a）mol; CH₃OH: amol; H₂O：amol;平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量是（4-4a）mol；故此時(shí)的壓強(qiáng)與開始的壓強(qiáng)之比是：（4-4a）÷4=1-；(4)已知甲醇燃燒的化學(xué)方程式為2CH₃OH +3O₂ =2CO₂ +4H₂O ，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極甲醇的反應(yīng)式為CH₃OH + H₂O- 6e^-= CO₂ + 6H⁺；正極的反應(yīng)式為O₂ + 4H⁺ + 4e^-= 2H₂O。
考點(diǎn)：考查蓋斯定律的應(yīng)用、外界條件對(duì)可逆反應(yīng)的平衡的影響、容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)的比例關(guān)系、原電池反應(yīng)原理的應(yīng)用的知識(shí)。