Question

（14分）二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放。

1.在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 molCO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，△H＝－akJ·mol^－1（a＞0）， 测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是________。

A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化

C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O

D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变

②下列措施中能使增大的是________（选填编号）。

A．升高温度         

B．恒温恒容下充入He(g)

C．将H₂O(g)从体系中分离   

D．恒温恒容再充入2 mol CO₂和3 mol H₂

③计算该温度下此反应的平衡常数K＝_________。若改变条件         （填选项），可使K＝1。

A．增大压强   B．增大反应物浓度 C．降低温度   D．升高温度 E．加入催化剂

（2）某甲醇燃料电池原理如图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为______________________                _________。

②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解反应的总反应的离子方程式为：                                            。假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）。

（3）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：

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，

则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：________________________    _________。

Answer

（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】

试题解析：（1）①未平衡CO2的体积分数是个变化的量，现在混合气体CO2的体积分数保持不变，说明已经平衡了，故A正确；未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量，现在不随时间的变化而变化，说明已经达平衡状态，故B正确；单位时间内每消耗1.2mol H2，向正方向，同时生成0.4mol H2O，也向正方向，不能反映正逆反应之间的关系，故C错误；反应中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变，不能说明各自的量不再随时间的变化而变化，故C错误；②升高温度，平衡逆向移动，故比值减小，故A错误；恒温恒容下充入He（g），平衡不移动，故比值不变，故B错误；将H2O（g）从体系中分离，平衡正向移动，故比值变大，故C正确；恒温恒容再充入2mol CO2和3mol H2，相当于增大压强，平衡正向移动，故比值变大，故D正确；

③CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）

初始（mol/L） 1 1.5 0 0

变化（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，而平衡常数是温度的函数，只有通过改变温度，来改变平衡常数，正反应量放热反应，降低温度，K值变大；（2）①M区是质子流出的一极，应是原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；②用惰性电极，电解饱和食盐水总的电极反应式为2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-，pH值变为13时，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

则m（CH3OH）=32g×0.03mol÷6mol=0.16g；

（3）应用盖斯定律解题，△H=-△H1-△H2+△H3+2△H4=-（c+2d-a-b）kJ•mol-1，所以CH3OH（l）燃烧热的热化学方程式为CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-（c+2d-a-b）kJ•mol-1。

考点：化学反应中的能量变化、化学平衡、电化学