Question

实现节能减排和低碳经济的一项重要课题就是研究如何将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 ) 的变化，据此回答下列有关问题：

（1）25℃时，1．01×10⁵Pa，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______________。

（2）为探究反应原理，现进行如下实验：某温度下，在体积为lL的密闭容器中充入lmolCO₂和4molH₂，一定条件下发生反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，测得CO₂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的转化率为______________．

②若向该容器中加入 amolCO₂、bmolH₂、cmolCH₃OH(g)和dmolH₂O(g)，且a、b、c、d均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同，试比较反应放出的能量：①______________②(填“大于”“小于” 或“等于”)

③下列措施中能使H₂的转化率提高的是______________(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．相同条件下 再充入lmolCO₂和4molH₂

（3）甲醇是一种可再生能源具有广泛的开发和应用前景。某实验小组用一种以甲醇为原料的燃料电池作为电源，设计了一种电解法制取Fe(OH)₂的实验装置如(下图所示)，通电后溶液中产生大量白色沉淀且较长时间不变色。

①该燃料电池的负极反应为______________。

②下列说法中正确的是______________(填序号)

A．电源中的负极附近 pH升高

B．电极B的发生氧化反应

C．A、B两端都必须用铁作电极

D．阴极发生的反应是2H⁺+2e^-=H₂↑

E．电解的电解质溶液可以是CuSO₄溶液

③若电池中甲醇的通入量为8g，且反应完全，则理论上最多能产生沉淀______________g。

Answer

（1）CH3OH(l)+3/2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)△H＝－726．6kJ/mol

（2）①0．075 mol/(L·min)；56．25%；②大于；③BD

（3）①CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；②BD；③67．5

【解析】

试题分析：（1）16g液态甲醇的物质的量为=0.5mol，完全燃烧，当恢复到原状态时放出363．3kJ的热量，该反应的热化学方程式为CH3OH(l)+3/2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)△H＝－726．6kJ/mol,故答案为：CH3OH(l)+3/2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)△H＝－726．6kJ/mol；

（2）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，从反应开始到平衡，CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)==0.075mol/(L•min)，氢气的转化率=×100%=56．25%，故答案为：0.075mol/(L•min)；56．25%；

②若向该容器中加入 amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)和dmolH2O(g)，且a、b、c、d均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同，表示属于等效平衡，由于直接充入了部分CH3OH(g)，反应放出的能量①大于②，故答案为：大于；

③A、根据图1，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，H2的转化率降低，错误；B、将CH3OH(g)及时液化抽出，平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，正确；C、选择高效催化剂，平衡不移动，H2的转化率不变，错误；D、相同条件下 再充入lmolCO2和4molH2，相当于增大压强，增大压强，平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，正确；故选BD。

（3）①将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入甲醇和O2，构成甲醇燃料电池，燃料在负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；

②A、根据负极的电极方程式CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O，电源中的负极附近 pH降低，故A错误； B、根据示意图，B与燃料电池的正极相连，是阳极，发生氧化反应，故B正确；C、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，故C错误；D、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，氢气能防止氢氧化亚铁被氧化而导致实验失败，所以电极反应式为：2H2O+2e-═H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，故D正确；E、因为阳极是铁，活泼电极作阳极时，阳极材料铁失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子放电，生成氢气，所以能生成氢氧化亚铁白色沉淀，则电解液选用CuSO4溶液会影响实验，故E错误；故选BD；

③甲醇的的物质的量为=0.25mol，转移的电子的物质的量为0.25mol×6=1.5mol，根据得失电子守恒，最多能产生沉淀的质量为×90g/mol=67.5g，故答案为：67．5。

考点：考查了热化学方程式的书写、化学平衡的移动、原电池原理及其应用的相关知识。