Question

利用太陽能分解水生成的氫氣，在催化劑作用下氫氣與二氧化碳反應生成甲醇，并開發出直接以甲醇為燃料的燃料電池。已知H₂(g)、CO(g)和CH₃OH(l)的燃燒熱ΔH分別為－285.8 kJ·mol^－1、－283.0 kJ·mol^－1和－726.5 kJ·mol^－1。請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10 mol水消耗的能量是          kJ。
（2）液態甲醇不完全燃燒生成一氧化碳氣體和液態水的熱化學方程式為                                                                    。
（3） 在容積為2 L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，反應式：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，在其他條件不變的情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示(注：T₁、T₂均大于300 ℃)：

①可逆反應的平衡常數表達式K＝                
②下列說法正確的是            

A．溫度為T1時，從反應開始到平衡，生成甲醇 的平均速率為v(CH3OH)＝mol·L－1·min－1

B．該反應在T1時的平衡常數比T2時的小

C．該反應為放熱反應

D．處于A點的反應體系從T1變到T2，達到平衡時增大

③在T₁溫度時，將1 mol CO₂和3 mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為α，則容器內的壓強與起始壓強之比為                  ；
（4） 在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質溶液為酸性，總反應式為
2CH₃OH + 3O₂＝2CO₂＋4H₂O，則正極的反應式為                             ；
負極的反應式為                                                          。

Answer 1

（1）2858  （2）CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)   △H=" --" 443.5KJ·mol^-1
（3）①   ②C D  ③ （4）O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O   CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

試題分析：（1）1摩爾的氫氣完全燃燒產生穩定的氧化物放出熱量為285.8 kJ.則1mol的水分解產生1mol的氫氣吸收熱量285.8 kJ，則分解10 mol水吸收的能量是2858 kJ。（2） CO燃燒的熱化學方程式為：①CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H="-283kl/mol;" 液態甲醇完全燃燒的熱化學方程式為：②CH3OH(l)+3/2(g)=CO₂(g)+ +2H₂O(l) △H=-726kl/mol②-①整理得CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)   △H=" -" 443.5KJ/mol. （3） ①可逆反應的平衡常數表達式K＝.②A 溫度為T₁時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均速率為v(CH₃OH)＝ .錯誤。B 由于在T₁達到平衡時甲醇的物質的量濃度比在T₂時大，說明平衡時K₁＞K₂.錯誤。C.由于在溫度為T₂時先達到平衡，說明T₂＞T₁。升高溫度，甲醇的含量降低，說明平衡逆向移動。根據平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱方向移動，故正反應為放熱反應。正確。D. 處于A點的反應體系從T₁升高到T₂，達到平衡時n(H₂) 增大，n(CH₃OH)減小，所以n(H₂)/n(CH₃OH) 增大。正確。正確選項為CD。③開始時通入1 mol CO₂和3 mol H₂，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為α，則達到平衡時充分反應達到平衡后，若CO₂為(1-α)mol, H₂為3(1-α)mol, n(CH₃OH)=" α" mol, n(H₂O)=" α" mol. 由于是在一密閉恒容容器中，所以容器內的壓強與起始壓強之比為為反應前后的氣體的物質的量的比。平衡時氣體的物質的量為(1-α)mol+3(1-α)mol+α mol+ α mol.=(4-2α)mol,開始時氣體的物質的量為4mol。故容器內的壓強與起始壓強之比為(4-2α)mol：4mol=。（4） 以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質溶液為酸性，電池的總反應式為2CH₃OH + 3O₂＝2CO₂＋4H₂O。通入甲醇的電極為負極，負極的反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；通入氧氣的電極為正極，正極的反應式O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O