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。一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol^－1)的变化。

（1）关于该反应的下列说法中，其△H      0。(填“大于”、“小于”或“等于”)， 且在      （填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行。

（2）该反应平衡常数K的表达式为                。

（3）温度降低，平衡常数K             (填“增大”、“不变”或“减小”)。

（4）若为两个容积相同的密闭容器,现向甲容器中充入1 mol CO₂(g)和3 molH₂(g)，乙容器中充入1mol CH₃OH(g)和1 mol H₂O(g)，在相同的温度下进行反应,达到平衡时,甲容器内n(CH₃OH)　　    (填“大于”“小于”或“等于”)乙容器内n(CH₃OH)。

（5）已知：CO(g)+2H₂(g) = CH₃OH (g) △H= -116 kJ•mol^-1；CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)  △H=-283 kJ•mol^-1 ；H₂ (g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)  △H=-242 kJ•mol^-1 ,写出CH₃OH燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式______________________________________。

（6）以甲醇和氧气为燃料，氢氧化钾溶液为电解质溶液构成电池。

①负极的电极反应式为                                     。

②若以石墨为电极，电解硫酸铜溶液，写出电解的总反应方程式              。若以此燃料电池电解200 mL 0.8mol/L的硫酸铜溶液，当消耗1.6甲醇时，在阴极会析出              g铜。

Answer

（1）小于  较低  （2）K=c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)]

（3）增大 （2分）      （4）等于（2分） 

（5）2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH=-1302kJ/mol（2分）

（6）①CH3OH+8OH- - 6e-=CO32- + 6H2O，② 2Cu2++2H2O=Cu+O2↑+4H+，  9.6

【解析】

试题分析：（1）根据该反应的能量关系图知，反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，△H小于0；该反应正向为气体物质的量减小的放热反应，ΔH＜0，ΔS＜0；根据化学反应方向的判据ΔH —TΔS，若该反应自发进行，则有ΔH —TΔS＜0，在较低温度下有利于该反应自发进行；（2）根据题给反应方程式知，该反应平衡常数K的表达式为K=c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)]；（3）该反应为放热反应，温度降低，平衡正向移动，平衡常数K增大；（4）根据等效平衡知识知，在一定条件下的可逆反应，无论反应从正向开始，还是从逆向开始，只要最初加入的物质的量相当，就会达到同一平衡状态，则达到平衡时,甲容器内n(CH3OH)等于乙容器内n(CH3OH)；（5）已知：①CO(g)+2H2(g) = CH3OH (g) △H= -116 kJ•mol-1；②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)  △H=-283 kJ•mol-1 ；③H2 (g)+1/2O2(g)=H2O(g)  △H=-242 kJ•mol-1 ,根据盖斯定律知，②×2+③×4—①×2，得CH3OH燃烧生成CO2和水蒸气的热化学方程式为2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH=-1302kJ/mol ；（6）以甲醇和氧气为燃料，氢氧化钾溶液为电解质溶液构成电池。①原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极放电，碱性条件下生成碳酸根与水，电极反应式为：CH3OH+8OH- - 6e- =CO32- + 6H2O，②若以石墨为电极，电解硫酸铜溶液，电解的总反应方程式2Cu2++2H2O=2Cu+O2↑+4H+，若以此燃料电池电解200 mL 0.8mol/L的硫酸铜溶液，1.6g甲醇的物质的量为0.05mol,根据电极反应式知，转移的电子为0.3mol，根据电子守恒知，在阴极会析出铜0.15mol,质量为9.6g。

考点：考查化学反应与能量变化、盖斯定律、燃料电池和电化学计算。