Question

2011年11月28日至12月9日，聯合國氣候變化框架公約第17次締約方會議在南非德班召開，隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂，引起了各國的普遍重視．
（1）目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究該反應原理，進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3.25mol H₂，在一定條件下發生反應，測定CO₂、CH₃OH（g）和H₂O （g）的濃度隨時間變化如圖所示：
①寫出該工業方法制取甲醇的化學反應方程式

 

．
②從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v （H₂）=

 

 mol/（Lmin）．
③該條件下CO₂的轉化率為

 

．當溫度降低時CO₂的轉化率變大，則該反應△H

 

0（填“＞”“＜”或“=”）．
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高溫度    B．充入氮氣
C．將水蒸氣從體系中分離    D．用更有效的催化劑
（2）選用合適的合金作為電極，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，此燃料電池負極的電極方程式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①根據題目內容可知，該工業方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水；
②根據三段式計算出反應混合物各組分的濃度變化量、平衡時的濃度，根據v=

△c

△t

計算出v（H₂）；
③根據轉化率的定義計算平衡時二氧化碳的轉化率；當溫度降低時K值變大，說明平衡向正反應進行，溫度降低平衡向放熱反應進行；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大應使平衡向正反應方向移動分析；
（2）甲醇為原料的燃料電池中，燃料甲醇為負極，發生失電子的氧化反應，堿性條件下生成CO₃^2-．

解答：解：（1）①該工業方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水，反應方程式為CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；
②根據三段式計算
                  CO₂（g）+3 H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1          3.25           0          0
變化（mol/L）：0.75        2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25         1             0.75       0.75
從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L．min），
故答案為：0.225mol/（L．min）；
③平衡時二氧化碳的轉化率為

0.75mol/L

1mol/L

×100%=75%，當溫度降低時K值變大，說明平衡向正反應進行，溫度降低平衡向吸放熱反應進行，即正反應為放熱反應，△H＜0，
故答案為：75%；＜；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動，
A．該反應正反應為放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入N₂氣，參加反應的物質的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，平衡向正反應方向移動，故C正確；
D．用更有效的催化劑，平衡不移動，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）甲醇為原料的燃料電池中，燃料甲醇為負極，發生失電子的氧化反應，堿性條件下生成CO₃^2-，其電極反應式為CH₃OH-6 e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數、平衡移動以及電化學等知識，題目難度中等，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．