Question

（14分）实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO₂转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：

    CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g），下图1表示该反应过程中能量（单位为kJ·mol^－1）的变化：

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是____________(填字母)。

    A．△H＞0，△S＞0                 B．△H＞0，△S＜0

    C．△H＜0，△S＜0                 D．△H＜0，△S＞0

（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和  4molH₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如上图2所示。

    ①从反应开始到平衡，CH₃OH的平均反应速率v（CH₃OH）＝___________；H₂的转化率w（H₂）＝_________________。

    ②该反应的平衡常数表达式K＝____________。

    ③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是___________（填字母）。

    A．升高温度                        B．将CH₃OH（g）及时液化抽出

    C．选择高效催化剂                  D．再充入1molCO₂和4 molH₂

（3）25℃，1．01×10 ⁵Pa时，16g液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出363．3kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：__________________________。

（4）选用合适的合金为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此电池的负极应加入和通入的物质有_____________；其正极的电极反应式是：_____________________。

Answer

(1) C（2分）

(2) ① 0.075 mol·L-1·min-1 （1分）     56.25%(1分)

②  （2分）

③ BD（2分，少选、多选或错选均不能得分）

（3）CH3OH（l）+3/2O2 ＝CO2(g)+2H2O(l)  △H＝－726.6kJ·mol-1 （2分，单位错漏扣1分）

（4）甲醇、氢氧化钠、水（2分，漏写一个扣1分，漏写两个或错写均不得分）；

O2＋2H2O＋4e-＝4OH‑（2分）

【解析】（1）由图①可知反应物能量高，生成物能量低，属于放热反应。由方程式可知该反应是熵值减少的反应，答案选C。

（2）由图②可以看出反应进行到10min时得到平衡，此时甲醇的量是0.75mol，故消耗的氢气是2.25mol，其转化率是。CH3OH的平均反应速率是0.075 mol·L-1·min-1 。平衡常数是指在一定条件下，可逆反应达到平衡是生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值。反应的平衡常数表达式K＝

该反应是1个体积减小的、放热的可逆反应，升高温度平衡向逆反应方向移动。将CH3OH（g）及时液化抽出，降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动。催化剂不能改变平衡状态。若再充入1molCO2和4 molH2，因为容器体积不变，所以相当于加压，平衡向正反应方向移动。BD正确。

（3）考查热化学方程式的书写和反应热的计算。

（4）在反应中甲醇失去电子被氧化，所以应通入负极，同时加入的还有氢氧化钠和水，构成电解质。氧气得到电子，在正极通入，电极反应式是O2＋2H2O＋4e-＝4OH－。