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

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

【解析】试题分析：本题二氧化碳的综合利用为载体考查化学反应的方向，化学反应速率和化学平衡，热化学方程式的书写，原电池原理的应用、电极反应式的书写等，题目难度中等。结合相关基础知识进行作答。

（1）依据反应和图象分析判断：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），气体的物质的量减少，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，故答案为C。

（2）①二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：①v（CH3OH）=0.075mol/L÷10min=0.075mol/（L•min ）；②A、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；选BD。

（3）25℃，1.01×105Pa时，16g（物质的量为16g÷32g/mol=0.5mol）液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出363.3kJ的热量，则1mol甲醇完全燃烧恢复到原状态时，放出热量726.6kJ，故甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH（l）+3/2O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.6kJ/mol。

（4）以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料制成的燃料电池，甲醇在负极上发生氧化反应生成碳酸根和水，结合溶液的酸碱性利用原子守恒和电荷守恒配平，负极的电极反应式是CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O。