Question

【題目】（14分）二氧化碳是引起“溫室效應”的主要物質，節能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放。

1.在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2 molCO2和3mol H2，發生的反應為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，△H＝－akJ·mol－1（a＞0）， 測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

①能說明該反應已達平衡狀態的是________。

A．CO2的體積分數在混合氣體中保持不變

B．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化

C．單位時間內每消耗1.2mol H2，同時生成0.4molH2O

D．反應中H2O與CH3OH的物質的量濃度之比為1:1，且保持不變

②下列措施中能使增大的是________（選填編號）。

A．升高溫度

B．恒溫恒容下充入He(g)

C．將H2O(g)從體系中分離

D．恒溫恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2

③計算該溫度下此反應的平衡常數K＝_________。若改變條件 （填選項），可使K＝1。

A．增大壓強 B．增大反應物濃度 C．降低溫度 D．升高溫度 E．加入催化劑

（2）某甲醇燃料電池原理如圖1所示。

①M區發生反應的電極反應式為______________________ _________。

②用上述電池做電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），則該電解反應的總反應的離子方程式為： 。假設溶液體積為300mL，當溶液的pH值變為13時（在常溫下測定），理論上消耗甲醇的質量為______________（忽略溶液體積變化）。

（3）有一種用CO2生產甲醇燃料的方法：

已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－a kJ·mol－1；

CH3OH(g)＝CH3OH(l) △H＝－b kJ·mol－1；

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) △H＝－c kJ·mol－1；

H2O(g)＝H2O(l) △H＝－d kJ·mol－1，

則表示CH3OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：________________________ _________。

Answer 1

【答案】（1）①AB ②CD ③0.20或 C （2）①CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋

②2Cl－+2H2O H2↑+Cl2↑+2 OH－ 0.16g

CH3OH(l) ＋O2(g) ＝CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH＝－（c＋2d－a－b）kJ·mol－1

【解析】

試題解析：（1）①未平衡CO2的體積分數是個變化的量，現在混合氣體CO2的體積分數保持不變，說明已經平衡了，故A正確；未平衡時混合氣體的平均相對分子質量是個變化的量，現在不隨時間的變化而變化，說明已經達平衡狀態，故B正確；單位時間內每消耗1.2mol H2，向正方向，同時生成0.4mol H2O，也向正方向，不能反映正逆反應之間的關系，故C錯誤；反應中H2O與CH3OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變，不能說明各自的量不再隨時間的變化而變化，故C錯誤；②升高溫度，平衡逆向移動，故比值減小，故A錯誤；恒溫恒容下充入He（g），平衡不移動，故比值不變，故B錯誤；將H2O（g）從體系中分離，平衡正向移動，故比值變大，故C正確；恒溫恒容再充入2mol CO2和3mol H2，相當于增大壓強，平衡正向移動，故比值變大，故D正確；

③CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

初始（mol/L） 1 1.5 0 0

變化（mol/L） 0.25 0.75 0.25 0.25

平衡（mol/L） 0.75 0.75 0.25 0.25

所以： K==0.20，而平衡常數是溫度的函數，只有通過改變溫度，來改變平衡常數，正反應量放熱反應，降低溫度，K值變大；（2）①M區是質子流出的一極，應是原電池的負極，發生氧化反應，電極反應式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；②用惰性電極，電解飽和食鹽水總的電極反應式為2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-，pH值變為13時，pOH=1，C（OH-）=10-1mol/L，n（OH-）=10-1mol/L×300mL×10-3L/mL=0.03mol，由CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-可知：

CH3OH ～ 6e- ～ 6OH-

32g 6mol

m（CH3OH） 0.03mol

則m（CH3OH）=32g×0.03mol÷6mol=0.16g；

（3）應用蓋斯定律解題，△H=-△H1-△H2+△H3+2△H4=-（c+2d-a-b）kJmol-1，所以CH3OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-（c+2d-a-b）kJmol-1。