Question

科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇：
( CO₂ + 3H₂ = CH₃OH + H₂O )，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△H分別為-285.8 kJ·mol^-1、-283.0 kJ·mol^-1和-726.5kJ·mol^-1。請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ
（2）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；下列說法正確的是________（填序號）

①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
②該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的小
③該反應為放熱反應
④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1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉化率為a,則容器內的壓強與起始壓強之比為                  ( 用 a表示 )
（4）已知甲醇燃燒的化學方程式為2CH₃OH +3O₂ =2CO₂ +4H₂O ，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質溶液為酸性，負極的反應式為                   ，正極的反應式為                     

Answer 1

(1)   2858   ；(2)  ③④ ； (3)   1- （或（2- a）/ 2 ）；
（4）CH₃OH + H₂O- 6e^-= CO₂ + 6H⁺     ；O₂ + 4H⁺ + 4e^-= 2H₂O 

解析試題分析：（1）由于H₂(g)的燃燒熱△H分別為-285.8 kJ·mol^-1，所以產生1mol的水時放出熱量是285.8 kJ，因此若用太陽能分解10mol水消耗的能量是285.8 kJ×10=2858KJ；(2) ①速率是單位時間內的濃度改變數值，定義應用不對，錯誤；②由于在溫度為T₁時甲醇的平衡物質的量濃度大于T₂時，說明該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的大，錯誤；③H₂(g)、 CO(g) 和 CH₃OH(l) 的燃燒熱的熱化學方程式是H₂(g)＋1/2O₂(g)= H₂O(l) ΔH=－285.8 kJ/mol; CO(g)+ 1/2O₂(g)= CO₂(g)ΔH=－283.0 kJ/mol; CH₃OH(l) + 3/2O₂(g)= CO₂(g)+ 2H₂O(l) ΔH=－726.5 kJ/mol;將氫氣燃燒熱的方程式擴大3倍與甲醇的燃燒熱方程式相減，整理可得CO₂(g)+ 3H₂(g)= CH₃OH (g)+ H₂O(g)ΔH=－130.9KJ/mol，所以該反應為放熱反應，正確；④由于該反應是反應反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的含量降低，因此溫度T₂>T₁,處于A點的反應體系從T₁變到T₂，達到平衡時增大，正確；(3)在恒容密閉容器內發生的反應，氣體的物質的量的比等于容器內氣體的壓強之比，在反應開始時，容器內氣體的物質的量是4mol,由于CO₂轉化率為a,則達到平衡時各種氣體的物質的量分別是H₂：（3-3a）mol; CO₂; （1-a）mol; CH₃OH: amol; H₂O：amol;平衡時氣體的物質的量是（4-4a）mol；故此時的壓強與開始的壓強之比是：（4-4a）÷4=1-；(4)已知甲醇燃燒的化學方程式為2CH₃OH +3O₂ =2CO₂ +4H₂O ，在直接以甲醇為燃料電池中，電解質溶液為酸性，負極甲醇的反應式為CH₃OH + H₂O- 6e^-= CO₂ + 6H⁺；正極的反應式為O₂ + 4H⁺ + 4e^-= 2H₂O。
考點：考查蓋斯定律的應用、外界條件對可逆反應的平衡的影響、容器內氣體的壓強的比例關系、原電池反應原理的應用的知識。