Question

實現 “節能減排” 和“低碳經濟”的一項重要課題就是如何將CO₂轉化為可利用的資源。目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，下圖1表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol^-1)的變化：

（1）關于該反應的下列說法中，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）為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如上圖2所示。
①從反應開始到平衡，CH₃OH的平均反應速率v(CH₃OH) ＝  ；H₂的轉化率w(H₂) =   。
②該反應的平衡常數表達式K＝       。
③下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是        (填字母)。
A．升高溫度
B．將CH₃OH(g)及時液化抽出
C．選擇高效催化劑
D．再充入l molCO₂和4 molH₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g液態甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態時，放出363.3kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：      。
（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，此電池的負極應加入和通入的物質有      ；其正極的電極反應式是：       。

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，單位錯漏扣1分）
（4）甲醇、氫氧化鈉、水（2分，漏寫一個扣1分，漏寫兩個或錯寫均不得分）；
O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^?（2分）

解析試題分析：（1）根據圖1可知，該反應的反應物總能量高于生成物總能量，所以反應是放熱反應，即△H＜0；根據方程式可知，該反應是氣體體積減小的可逆反應，因此△S＜0，答案選C。
（2）①根據圖2可知，反應進行到10min時，各種物質的濃度不再發生變化，反應達到平衡狀態。根據圖2可知，甲醇的濃度增加了0.75mol/L，所以甲醇的反應速率v(CH₃OH)＝0.75mol/L÷10min＝0.075 mol·L^-1·min^-1；根據方程式可知，消耗氫氣的濃度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L，所以氫氣的轉化率是w(H₂)=×100%＝56.25%。
②化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據方程式可知，該反應的平衡常數表達式K＝。
③依據化學反應的影響因素和條件逐項分析判斷即可：A、反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行；B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的濃度平衡正向進行；C、選擇高效催化劑只能改變反應速率，不能改變化學平衡；D、再充入l molCO₂和4molH₂，相當于增大壓強平衡正向進行；答案選BD。
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g 液態甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態時，放出363.3kJ的熱量，所以1mol甲醇即32g液態甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態時，放出363.3kJ×2＝726.6 kJ的熱量，因此該反應的熱化學方程式為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極，失去電子，發生氧化反應。電子經導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發生還原反應。據此可知，該原電池的負極應加入或通入的物質有甲醇、氫氧化鈉、水；正極通入的是氧氣，則正極電極反應式為O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^?。
考點：考查焓變和熵變、反應速率和轉化率的計算、化學平衡常數、外界條件對平衡狀態的影響、熱化學方程式的書寫以及燃料電池的有關判斷和電極反應式的書寫等