Question

2010年上海世博會(huì)的三大主題是“低碳、和諧、可持續(xù)發(fā)展”，意在倡導(dǎo)人們合理、科學(xué)地利用能源，提高能源的利用率．由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了全社會(huì)的普遍關(guān)注．
（1）科學(xué)家們提出利用工業(yè)廢氣中的CO₂可制取甲醇．已知在常溫常壓下，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1；②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41kJ?mol^-1，寫出由二氧化碳、氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：

 

．
（2）在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和2.5mol H₂在圖1示條件下測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

；
②反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

；
③下列對(duì)二氧化碳、氫氣制備甲醇的有關(guān)敘述正確的是

 

（填字母）．
A．升高溫度正反應(yīng)速率減慢，逆反應(yīng)速率加快
B．當(dāng)3v_正（H₂）=v_逆（CO₂）時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，可提高CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，可使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大
（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖2所示的燃料電池裝置．
①該電池工作時(shí)，OH^-向

 

極移動(dòng)（填“正”或“負(fù)”），該電池正極的電極反應(yīng)式為：

 

．
②以該燃料電池作為電源，電解精煉銅．若粗銅中含鋅、銀、金等雜質(zhì)，則通電一段時(shí)間后，陽極減少的質(zhì)量將（填“大于”、“等于”或“小于”）

 

陰極增加的質(zhì)量．當(dāng)陰極質(zhì)量增加64g時(shí)，該燃料電池理論上需消耗O₂的體積為

 

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律和已知熱化學(xué)方程式，可知二氧化碳、氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式可由①-②得出；
（2）①由圖可知，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，從而求出v（CH₃OH），
再根據(jù)速率之比等于方程式中系數(shù)比求出v（H₂）=3v（CH₃OH）；
②根據(jù)反應(yīng)求出各物質(zhì)的平衡濃度，則可得該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
③A．升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都加快；
B．當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v_正（H₂）=3v_逆（CO₂）；
C．減小生成物的濃度，平衡右移，CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率提高；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OH的產(chǎn)率提高；則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大；
（3）①該燃料電池工作時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液為堿性，所以電池正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②電解精煉銅，陽極上金屬鋅、銅都失電子，陰極上銅離子得電子而析出銅，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒知，因?yàn)殇\比銅相對(duì)原子質(zhì)量大但價(jià)態(tài)相同；當(dāng)陰極質(zhì)量增加64g銅時(shí)，根據(jù)電子守恒：n（Cu）×2=n（O₂）×4計(jì)算即可．

解答： 解：（1）根據(jù)蓋斯定律和已知熱化學(xué)方程式：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1；②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41kJ?mol^-1，可知二氧化碳、氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式可由①-②得出，即：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49kJ?mol^-1；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49kJ?mol^-1；
（2）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，v（CH₃OH）=0.075mol/（L?min），
由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知：v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
故答案為：0.225mol/（L?min）；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度  1       2.5       0        0
轉(zhuǎn)化濃度 0.75     2.25     0.75     0.75
平衡濃度 0.25     0.25     0.75      0.75
則該反應(yīng)的平衡常數(shù)k=c（CH₃OH）c（H₂O）/c（CO₂）c³（H₂）=144；
故答案為：144；
③A．升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都加快；故A錯(cuò)誤；
B．當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v_正（H₂）=3v_逆（CO₂）；故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，減小生成物的濃度，平衡右移，可提高CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率；故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于充入1mol CO₂和2.5mol H₂達(dá)平衡后再通入0.5molH₂．等效為在定溫定壓達(dá)平衡后增大壓強(qiáng)再增大H₂的濃度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OH的產(chǎn)率提高；則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
（3）①該燃料電池工作時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，因?yàn)檠鯕庠趬A性電解質(zhì)溶液中得電子，所以電池正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：負(fù)； O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②陽極上金屬鋅、銅都失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)而析出銅，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒以及鋅比銅相對(duì)原子質(zhì)量大但價(jià)態(tài)相同，可知A電極上質(zhì)量減少的量大于B極質(zhì)量增加的量；當(dāng)陰極質(zhì)量增加64g銅時(shí)，根據(jù)電子守恒：n（Cu）×2=n（O₂）×4，得n（O₂）=0.5mol，V（O₂）=11.2L
故答案為：大于； 11.2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律、熱化學(xué)方程式、化學(xué)反應(yīng)速率、平衡、電化學(xué)等問題，綜合性較強(qiáng)