Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發利用，引起了各國的普遍重視。目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，如圖表示該反應進行過程中能量(單位為kJ·mol^－1)的變化。

（1）關于該反應的下列說法中，其△H     0。(填“大于”、“小于”或“等于”)， 且在     （填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應自發進行。
（2）該反應平衡常數K的表達式為               。
（3）溫度降低，平衡常數K            (填“增大”、“不變”或“減小”)。
（4）若為兩個容積相同的密閉容器,現向甲容器中充入1 mol CO₂(g)和3 molH₂(g)，乙容器中充入1mol CH₃OH(g)和1 mol H₂O(g)，在相同的溫度下進行反應,達到平衡時,甲容器內n(CH₃OH)　　   (填“大于”“小于”或“等于”)乙容器內n(CH₃OH)。
（5）已知：CO(g)+2H₂(g) = CH₃OH (g) △H=" -116" kJ?mol^-1；CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H="-283" kJ?mol^-1；H₂ (g)+1/2O₂(g)=H₂O(g) △H="-242" kJ?mol^-1 ,寫出CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式______________________________________。
（6）以甲醇和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質溶液構成電池。
①負極的電極反應式為                                    。
②若以石墨為電極，電解硫酸銅溶液，寫出電解的總反應方程式             。若以此燃料電池電解200 mL 0.8mol/L的硫酸銅溶液，當消耗1.6甲醇時，在陰極會析出             g銅。

Answer 1

（1）小于 較低 （2）K=c(CH₃OH)·c(H₂O)/[c(CO₂)·c³(H₂)]
（3）增大 （2分）     （4）等于（2分） 
（5）2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=-1302kJ/mol（2分）
（6）①CH₃OH+8OH^- - 6e^-=CO₃^2- + 6H₂O，② 2Cu²⁺+2H₂O=Cu+O₂↑+4H⁺， 9.6

解析試題分析：（1）根據該反應的能量關系圖知，反應物的總能量大于生成物的總能量，該反應為放熱反應，△H小于0；該反應正向為氣體物質的量減小的放熱反應，ΔH＜0，ΔS＜0；根據化學反應方向的判據ΔH —TΔS，若該反應自發進行，則有ΔH —TΔS＜0，在較低溫度下有利于該反應自發進行；（2）根據題給反應方程式知，該反應平衡常數K的表達式為K=c(CH₃OH)·c(H₂O)/[c(CO₂)·c³(H₂)]；（3）該反應為放熱反應，溫度降低，平衡正向移動，平衡常數K增大；（4）根據等效平衡知識知，在一定條件下的可逆反應，無論反應從正向開始，還是從逆向開始，只要最初加入的物質的量相當，就會達到同一平衡狀態，則達到平衡時,甲容器內n(CH₃OH)等于乙容器內n(CH₃OH)；（5）已知：①CO(g)+2H₂(g) = CH₃OH (g) △H=" -116" kJ?mol^-1；②CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H="-283" kJ?mol^-1；③H₂ (g)+1/2O₂(g)=H₂O(g) △H="-242" kJ?mol^-1 ,根據蓋斯定律知，②×2+③×4—①×2，得CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式為2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH="-1302kJ/mol" ；（6）以甲醇和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質溶液構成電池。①原電池負極發生氧化反應，甲醇在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₃OH+8OH^- - 6e^- =CO₃^2- + 6H₂O，②若以石墨為電極，電解硫酸銅溶液，電解的總反應方程式2Cu²⁺+2H₂O=2Cu+O₂↑+4H⁺，若以此燃料電池電解200 mL 0.8mol/L的硫酸銅溶液，1.6g甲醇的物質的量為0.05mol,根據電極反應式知，轉移的電子為0.3mol，根據電子守恒知，在陰極會析出銅0.15mol,質量為9.6g。
考點：考查化學反應與能量變化、蓋斯定律、燃料電池和電化學計算。