Question

【題目】回收利用CO2是環境科學研究的熱點課題，是減輕溫室效應危害的重要途徑。

(1)工業上，利用天然氣與二氧化碳反應制備合成氣(CO和H2)，化學方程式為CO2(g)+CH4(g)＝2CO(g)+2H2O(g)上述反應的能量變化如圖1所示，該反應是________(填“吸熱反應，或“放熱反應”）。

(2)工業上用CO2生產甲醇(CH3OH)燃料，可以將CO2變廢為寶。在體積為1L的密閉容器中，充入1molO2和4molH2，一定條件下發-反應：CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g)，測得CO2(g)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，用CH3OH表示的平均反應速率為______。

②若反應CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g)在四種不同情況下的反應速率分別為：

A.v(H2)=0.01molL-1s-1 B.v(CO2)=0.15molL-1s-1

C.v(CH3OH)=0.3molL-1min-1 D.v(H2O)=0.45molL-1min-1

該反應進行由快到慢的順序為______(填字母）。

③下列描述能說明反應達到最大限度的是_______(填字母）。

A.混合氣體的密度保持不變

B.混合氣體中CH3OH的體積分數約為21.4%

C.混合氣體的總質量保持不變

D.H2、CH3OH的生成速率之比為3：1

(3)甲醇(CH3OH)是一種可再生能源，具有廣闊的開發和應用前景。以甲醇、氧氣和KOH溶液為原料，石墨為電極制造新型手機電池，甲醇在______極反應，電極反應式為____________。

Answer 1

【答案】吸熱反應 0.075 mol/(L·min) B＞D＞C＞A BD 負 CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O

【解析】

(1)反應物總能量大于生成物總能量，則該反應為放熱反應，否則為吸熱反應；

(2)①甲醇為產物，隨著反應進行其濃度增大，10min時達到平衡狀態，從反應開始到平衡，用CH3OH表示的平均反應速率v=；

②單位相同的條件下，其反應速率與其計量數之比數值越大化學反應速率越快；

③達到最大限度，說明反應達到平衡狀態，可逆反應中正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變時，達到平衡狀態；

(3)甲醇、氧氣和KOH溶液為原料，石墨為電極制造新型手機電池，該電池為燃料電池，通入燃料的電極為負極，通入氧化劑的電極為正極，負極上甲醇失電子和KOH反應生成碳酸鉀和水。

(1)根據圖知，反應物總能量小于生成物總能量，因此該反應為吸熱反應；

(2)①甲醇為產物，隨著反應進行其濃度增大，10min時達到平衡狀態，從反應開始到平衡，用CH3OH表示的平均反應速率v(CH3OH)==0.075mol/(L·min)；

②單位相同的條件下，其反應速率與其計量數之比數值越大化學反應速率越快，

A.=×60mol/(L·min)=0.2 mol/(L·min)；

B.=×60mol/(L·min)=9mol/(L·min)；

C.=mol/(L·min)=0.3mol/(L·min)

D.=mol/(L·min)=0.45mol/(L·min)；

通過以上分析知，反應速率快慢順序是B＞D＞C＞A；

③A.反應前后氣體總質量不變、容器體積不變，所以混合氣體的密度始終保持不變，不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，A錯誤；

B.根據圖知，達到平衡狀態時，n(CH3OH)=0.75mol/L×1L=0.75mol，根據方程式知，生成的n(H2O)=n(CH3OH)=0.75mol，剩余的n(CO2)=0.25mol/L×1L=0.25mol，剩余的n(H2)=4mol-0.75mol×3=1.75mol，因此混合氣體中CH3OH的體積分數=×100%=21.4%，因此該反應達到平衡狀態，B正確；

C.反應混合物都是氣體，混合氣體的總質量始終保持不變，不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，C錯誤；

D.H2、CH3OH的生成速率之比為3：1，正、逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，D正確；

故合理選項是BD；

(3)甲醇、氧氣和KOH溶液為原料，石墨為電極制造新型手機電池，該電池為燃料電池，通入燃料甲醇的電極負極，通入氧化劑氧氣的電極為正極，負極上甲醇失電子和KOH反應生成碳酸鉀和水，負極反應式為CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O。