Question

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l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定条件下发生反应：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，CO₂的平均反应速率v(CO₂)＝_________；

②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l molCO₂和4 molH₂

（3）25℃，1.01×10⁵Pa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，此电池的负极的电极反应式是：______________。

Answer

C0.075 mol/(Lmin)BDCH3OH(l)+3/2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) △H＝-726.6kJ/molCH3OH - 6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

【解析】

(1)依据反应和图象分析判断：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0；
(2)在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO2和4mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示．二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；则
①依据化学平衡列式计算为：
         CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 1    4     0       0

变化量(mol/L) 0.75  2.25     0.75     0.75
平衡量(mol/L) 0.25  1.75    0.75     0.75
CO2的平均反应速率v(CO2)==0.075mol•L-1•min-1 ；

②措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是：A．反应是放热反应，升温平衡逆向进行；故A错误；B．将CH3OH(g)及时液化抽出，减小生成物的量，平衡正向进行，故B正确；C．选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡，故C错误；D．再充入l molCO2和4molH2，增大压强平衡正向进行，故D正确；故选BD；
(3)25℃，1.01×105Pa时，16g 液态甲醇物质的量为0.5mol，完全燃烧，当恢复到原状态时，放出363.3kJ的热量，依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1；

(4)甲醇在原电池的负极发生氧化反应，生成的CO2溶解在电极周围的KOH溶液，得到CO32-，负极电极反应式为2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O。