Question

科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇（CH₃OH），并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H₂(g)、CO(g)和CH₃OH(l)的燃烧热△H分别为－285.8kJ·mol^－1、－283.0kJ·mol^－1和－726.5kJ·mol^－1

请回答下列问题：

（1）用太阳能分解10mol水消耗的能量是______kJ；

（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为        ；

（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇反应方程式为：CO₂(g) + 3H₂(g) CH₃OH(g) + H₂O(g)，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示，下列说法正确的是__________（填序号）

①250℃时，0～10minH₂反应速率为0.015mol/(L·min)

②该反应在T时生成甲醇的速率比250℃时的小

③T时，若3v(CO)=v(H₂)，则该反应达到平衡

④若密闭容器中混合气体密度不变则该反应达到化学平衡状态

⑤平衡时CO₂的转化率：T℃时大于250℃时

（4）在T温度时，将1molCO₂和3molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为             。

（5）在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，负极的反应式为             。

Answer

（1）2858（1分）（2）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1（2分）

（3）②⑤（2分）（4）1－(a/2)（2分）（5）CH3OH－6e－+8OH－=CO32－+6H2O（2分）

【解析】

试题分析：（1）由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ·mol-1知，1mol H2（g）完全燃烧生成1mol H2O（1）放出热量285.8kJ，即分解1mol H2O（1）为1mol H2（g）消耗的能量为285.8kJ，分解10mol H2O（1）消耗的能量为2858kJ。

（2）根据题意写出燃烧热的热化学方程式为CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ·mol-1 ①

CH3OH（1）+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O（1） △H=-726.5kJ·mol-1 ②

用②-①得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1。

（3）①根据题给图像分析可知，250℃时，0～10min甲醇生成了0.15mol，则反应消耗氢气0.45mol， H2反应速率为0.45mol÷(2L×10min)=0.0225mol/(L·min)，错误；②根据“先拐先平，温高压大”，250℃大于T℃，温度越高，化学反应速率越快，则该反应在T时生成甲醇的速率比250℃时的小，正确；③T时，若3v(CO)=v(H2)，没有指明正逆反应，无法说明该反应达到平衡，错误；④该反应是在密闭恒容的容器中进行，混合气体的密度始终保持不变，则密度不变不能说明该反应达到化学平衡状态，错误；⑤根据上面分析，250℃大于T℃，温度升高，甲醇的生成量降低，说明平衡逆向移动，则平衡时CO2的转化率：T℃时大于250℃时，正确；答案选②⑤。

（4）利用化学平衡的三段模式法计算：

CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g)

起始 1 3 0 0

变化 a 3a a a

平衡 1-a 3-3a a a

根据压强之比等于物质的量之比，则容器内的压强与起始压强之比为：(4-2a)/4=1-a/2

（5）燃料电池是原电池的一种，负极失电子，发生氧化反应；正极得电子，发生还原反应，在碱性介质中，甲醇燃料电池的负极反应式为CH3OH－6e－+8OH－=CO32－+6H2O。

考点：考查反应热的计算，化学反应速率及化学平衡的影响因素，燃料电池等知识。