Question

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

（1）該反應(yīng)為_________熱反應(yīng)，原因是_____________________。

（2）下列能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________(填序號)

A．v (H2)=3v(CO2) B．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

C．v逆(CO2)=v正(CH3OH) D．容器內(nèi)氣體密度保持不變

E．CH3OH 中1 mol H—O鍵斷裂的同時2 mol C=O鍵斷裂

F. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

（3）在體積為1 L的密閉容器中，充入1 molCO2和3 molH2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖2所示。從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v (H2)=________。 達(dá)平衡時容器內(nèi)平衡時與起始時的壓強(qiáng)比____________。

（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)為________________，

與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極物質(zhì)時，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的___________倍（保留小數(shù)點后1位）。

Answer 1

【答案】 放熱 生成物的能量低于反應(yīng)物的能量 BCEF 0.225 5:8 CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2 19.4

【解析】（1）由圖可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；（2）A．v (H2)= 3v(CO2) ，始終存在，不能判斷正逆反應(yīng)速率關(guān)系，不能判定平衡狀態(tài)，A錯誤；B．該反應(yīng)為氣體體積不等的反應(yīng)，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C．v逆(CO2)= v正(CH3OH) ，可知正逆反應(yīng)速率相等，能判定平衡狀態(tài)，C正確；D．混合氣體的質(zhì)量、體積不變，則容器內(nèi)氣體密度始終保持不變，不能判定平衡狀態(tài)，D錯誤；E．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂，可知正逆反應(yīng)速率相等，能判定平衡狀態(tài)，E正確；F．混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，F正確；答案選BCEF；（3）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

開始 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡 0.25 0.75 0.75 0.75

從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v （H2）=2.25mol/L÷10min=0.225mol/（L·min）；達(dá)平衡時容器內(nèi)平衡時與起始時的壓強(qiáng)之比為(0.25+0.75+0.75+0.75):(1+3)=5：8；

（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2；鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO4，甲醇燃料電池中負(fù)極通入甲醇，氧化生成CO2，相同質(zhì)量提供電子數(shù)目之比為=32：621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的621/32=19.4倍。