Question

科學(xué)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(yīng)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（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(tài)水的熱化學(xué)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(yīng)的影響，實驗結(jié)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(yīng)開始到反應(yīng)達到平衡，生成甲醇的平均速率為：

②該反應(yīng)在時的平衡常數(shù)比時的小
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點的反應(yīng)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(yīng)達到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為a，則此時容器內(nèi)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(zhì)溶液為酸性，負極的反應(yīng)式為___________________;正極的反應(yīng)式為_____________________________________.理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗lmol甲醇所能產(chǎn)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(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)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%

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(xué)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(jù)題給圖像分析可知，T₂的反應(yīng)速率大于T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂>T₁，因溫度升高，平衡時CH₃OH的物質(zhì)的量減少，說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂ CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，③、④正確，②錯誤。①中反應(yīng)速率的單位錯誤，應(yīng)為mol·min^-1，①錯誤；選③④。
（4）利用化學(xué)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(jù)壓強之比等于物質(zhì)的量之比，則容器內(nèi)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(fā)生氧化反應(yīng)；正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，在酸性介質(zhì)中，甲醇燃料電池的負極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H^＋，正極反應(yīng)式為 O₂+6H^＋+6e^-=3H₂O。該電池的理論效率為消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能與其燃燒熱之比，為702.1/726.5=96.6%。