Question

（16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）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：_____________________________。

（2）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＝-a kJ/mol（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________。（选填编号）

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．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且

保持不变

②计算该温度下此反应的平衡常数K＝_______。（保留两位有效数字）。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

（3）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），则该电解的总反应离子方程式为：                                      。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）。

Answer

（1）CH3OH(l)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－(3c/2＋2d－a－b)kJ·mol－1（3分）

（2）①AB（少选得1分，错选不得分） （2分） ② 0.20 （2分） C （2分）

（3）①CH3OH－6e－＋H2O＝CO2↑＋6H＋（3分）

②2Cl－+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH－（2分）0.16g（2分）

【解析】

试题分析：（1）燃烧热是在一定条件下，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。已知：① CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝-a kJ·mol－1，② CH3OH(g)＝CH3OH(l) △H＝-b kJ·mol－1，③ 2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) △H＝-c kJ·mol－1，④ H2O(g)＝H2O(l) △H＝-d kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知③×3/2+2×④—①—②即可得到表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－(3c/2＋2d－a－b)kJ·mol－1。

（2）①在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A．CO2的体积分数在混合气体中保持不变说明正逆反应速率相等，达到了化学平衡状态，A正确；B．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化时可以说明反应达到平衡状态，B正确；C．根据方程式可知单位时间内每消耗1.2mol H2的同时一定生成0.4molH2O，不能说明反应达到平衡状态，C错误；D．根据方程式可知该体系中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比始终是1:1，且保持不变的，因此不能说明反应达到平衡状态，D错误，答案选AB。

②根据图像可知平衡时甲醇是0.25mol/L，则根据方程式可知水蒸气也是0.25mol/L，消耗氢气是0.75mol/L，所以氢气的平衡浓度是1.5mol/L—0.75mol/L＝0.75mol/L。CO2的平衡浓度是0.75mol/L，则该温度下此反应的平衡常数K＝。平衡常数只与温度有关系，则若改变条件要使K＝1，由于正方应是放热反应，则需要降低温度，答案选C。

（3）①氢离子向N区移动，则N区是正极，M区是负极。原电池中负极失去电子发生氧化反应，则M区是甲醇放电，发生反应的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O＝CO2↑＋6H＋。

②惰性电极电解饱和食盐水的总反应离子方程式为2Cl－+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH－。假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），则反应中产生氢氧根的物质的量是0.1mol/L×0.3L＝0.03mol，根据方程式可知转移0.03mol电子，所以根据电子得失守恒可知消耗甲醇是0.03mol÷6＝0.005mol，因此理论上消耗甲醇的质量为0.005mol×32g/mol＝0.16g。

考点：考查盖斯定律、外界条件对平衡状态的影响、平衡状态判断与计算以及电化学原理的应用