Question

由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇：在容器为1L的密闭容器中充入1molCO₂和3molH₂ ，平衡时CO₂的物质的量为0.25mol，CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)。该反应进行过程中能量的变化(单位为kJ·mol^-1)如图所示。

请回答下列问题：

（1）观察图象可知上述反应过程中，断裂反应物中的化学键吸收的总能量______(填“大于”“小于”或“等于”)形成生成物中的化学键释放的总能量。

（2）甲醇的结构类似于乙醇，试写出甲醇的结构式：__________。甲醇分子中的化学键类型是________(填“离子键”或“共价键”)。

（3）科研人员开发出一种新型甲醇燃料电池。其电解质溶液是KOH溶液，在该电池的负极发生反应的物质是__________，发生的是__________(填"氧化"或"还原")反应。

（4）欲使合成甲醇的化学反应速率加快，请写出两条措施：___________________

（5）平衡时H₂的转化率为__________平衡时混合气体中CH₃OH(g)的体积分数为__________。

（6）下列事实能表明该反应已达平衡状态的是（_______）(填序号)

A.CO₂(g)的浓度不再发生变化

B.单位时间内消耗1mol CO₂的同时生成3mol H₂

C.在一个绝热的容器中，混合物的温度不再发生变化

D.在一个容积固定的容器内，压强不再发生变化

Answer

小于 共价键 甲醇（或CH3OH） 氧化 升高温度、增大反应物浓度、增大压强等 75% 30% ABCD

【解析】

（1）由图像可知，该反应中反应物总能量高于生成物总能量，因此属于放热反应，反应过程中，断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成生成物中的化学键释放的总能量；

（2）乙醇结构式为：，甲醇与乙醇结构类似，均属于醇类，因此甲醇的结构式为：；甲醇属于分子化合物，分子中化学键均属于共价键；

（3）甲醇燃料电池以KOH溶液为电解质，负极上甲醇发生氧化反应生成Na2CO3，电极反应式为：；

（4）升高温度、增大反应物浓度、增大压强等均能增大合成甲醇的化学反应速率；

（5）平衡时CO2的物质的量为0.25mol，根据化学计量数可知，平衡时H2的物质的量为[3-(1-0.25)×3]mol=0.75mol，则H2的转化率为；由化学计量数以及CO2转化量可知，平衡时CH3OH(g)、H2O(g)的物质的量为0.75mol，则平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数为；

（6）A．CO2(g)的浓度不再发生变化，可说明正逆反应速率相等，即反应已达平衡状态，故A符合题意；

B．根据化学计量数可知，单位时间内消耗1mol CO2的同时会消耗3mol H2，若同时生成3mol H2，则说明正逆反应速率相等，即反应已达平衡状态，故B符合题意；

C．该反应正向为放热反应，在一个绝热的容器中，混合物的温度不再发生变化，说明正逆反应速率相等，即该反应达到平衡状态，故C符合题意；

D．该反应正向为气体物质的量减小的反应，在恒容容器中，气体压强之比等于气体总物质的量之比，当容器内压强不再变化，说明气体的物质的量不再变化，可说明反应已达到平衡状态，故D符合题意；

故答案为：ABCD。