Question

由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問(wèn)題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國(guó)的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化．

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說(shuō)法中，正確的是

C

．
A．△H＞0，△S＞0；    B．△H＞0，△S＜0；
C．△H＜0，△S＜0；    D．△H＜0，△S＞0．
（2）該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

．
（3）溫度降低，平衡常數(shù)K

增大

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（4）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)問(wèn)變化如圖2所示．從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）：

0.225

 mol?L^-1?min^-1．
（5）下列措施中能使（4）中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有

CD

．
A．升高溫度；
B．加入催化劑；
C．將H₂O（g）從體系中分離；
D．再充入1molCO₂和3molH₂；
E．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大．
（6）生成的甲醇可設(shè)計(jì)為燃料電池，如圖3現(xiàn)有甲裝置為原電池，乙裝置為電解池．
①b電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．
②若甲中有0.1mol CH₃OH參加反應(yīng)，則乙裝置中生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積共為

7.84

L．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)物和生成物總能量相對(duì)大小確定焓變，根據(jù)氣體分子數(shù)相對(duì)多少確定熵變；
（2）平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

；
（3）降低溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）根據(jù)圖象計(jì)算甲醇的平均反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時(shí)間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
（5）n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響分析；
（6）①甲醇燃料電池中，甲醇易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則通入甲醇的電極為負(fù)極；
②甲醇失電子的物質(zhì)的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙裝置中陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子完全析出時(shí)得電子的物質(zhì)的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以陰極上還有氫氣生成，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算乙裝置中生成氣體的體積．

解答：解：（1）根據(jù)圖象知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H＜0，根據(jù)方程式知，該反應(yīng)中反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減少，則熵減小，所以△S＜0，故選C；
（2）平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

，故答案為：

c(CH3OH)．c(H2O)

c(CO2)．c3(H2)

；
（3）該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，所以平衡常數(shù)增大，故答案為：增大；
（4）根據(jù)圖象計(jì)算v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)同一時(shí)間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.225 mol/（L．min），
故答案為：0.225；
（5）n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故錯(cuò)誤；
B．加入催化劑，平衡不一定，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
D．再充入1molCO₂和3molH₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，促進(jìn)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故正確；
E．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大，則各物質(zhì)的濃度不變，所以平衡不一定，則n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故錯(cuò)誤；
故選CD；
（6）①甲醇燃料電池中，甲醇易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則通入甲醇的電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②甲醇失電子的物質(zhì)的量=0.1mol×[4-（-2）]=0.6mol，
乙裝置中陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，所以乙中陽(yáng)極上生成氧氣的體積=

0.6mol

4

×22.4L/mol=3.36L，
陰極上銅離子完全析出時(shí)得電子的物質(zhì)的量=1mol/L×0.1L×2=0.2mol＜0.6mol，所以陰極上還有氫氣生成，生成氫氣的體積=

0.6mol-0.2mol

2

×22.4L/mol=4.48L，
所以乙池中生成氣體體積=3.36L+4.48L=7.84L，
故答案為：7.84．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理、化學(xué)平衡移動(dòng)原理等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響、原電池和電解池原理來(lái)分析解答，注意（6）②裝置陰極上不僅析出銅還析出氫氣，首先根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等確定陰極上析出的物質(zhì)，否則易導(dǎo)致錯(cuò)誤，為易錯(cuò)點(diǎn)．