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(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-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．請回答下列問題：
（1）寫出CO燃燒的熱化學方程式

2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1

；
（2）寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

；
（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(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

①溫度升高該反應的平衡常數(shù)

減小

（增大、減小、不變）
②B過程用H₂表示該反應的化學反應速率是

3nB

2tB

mol?L^-1?min^-1
（4）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，總反應為：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，負極的反應式為

CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式書寫方法和注意問題標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應焓變；
（2）根據(jù)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(tài)水的熱化學方程式；
（3）①依據(jù)先拐先平的判斷方法可知T₁＜T₂，溫度變化判斷平衡移動的分析分析平衡常數(shù)變化；
②依據(jù)圖象分析甲醇的平衡物質(zhì)的量和時間，結(jié)合化學方程式計算消耗氫氣的物質(zhì)的量，結(jié)合反應速率概念計算得到；
（4）甲醇燃料電池，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應．

解答：解：（1）由CO（g）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1，則一氧化碳燃燒的熱化學方程式為：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1
故答案為：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566KJ?mol^-1；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-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=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）①圖象分析先拐先平，溫度高，T₁＜T₂，溫度越高甲醇物質(zhì)的量越小，說明平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，故答案為：減��；
②B過程依據(jù)圖象分析，在t_B達到平衡時生成甲醇n_Bmol，依據(jù)化學方程式CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，消耗氫氣物質(zhì)的量為3n_Bmol，用H₂表示該反應的化學反應速率=

3nBmol 2L

tBmin

=

3nB

2tB

mol/L?min，故答案為：

3nB

2tB

；
（4）直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，總反應為：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，甲醇燃料電池，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，負極的反應式為：
CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫和蓋斯定律的應用，化學平衡的影響因素分析判斷，圖象分析應用能力，原電池電極反應書寫方法，題目難度中等．