Question

10．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），圖1表示該反應(yīng)過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．

（1）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，原因是反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量．
（2）下列能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BCE（填序號）
A．v （H₂）=3v（CO₂）                   B．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）             D．容器內(nèi)氣體密度保持不變
E．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂
（3）在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖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）=0.225mol/（L．min）． 達(dá)平衡時容器內(nèi)平衡時與起始時的壓強(qiáng)之比5：8 （或0.625）．
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂，與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時，甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的19.4倍（保留小數(shù)點后1位）．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量；
（2）結(jié)合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始   1                 3                 0                 0
轉(zhuǎn)化  0.75            2.25              0.75             0.75
平衡 0.25             0.75             0.75             0.75
結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$、物質(zhì)的量比等于壓強(qiáng)比計算；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，負(fù)極上甲醇失去電子生成二氧化碳；鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO₄，結(jié)合電子轉(zhuǎn)移守恒計算甲醇燃料電池的理論放電量與鉛蓄電池的倍數(shù)．

解答 解：（1）由圖可知，該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放；反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；
（2）A．v （H₂）=3v（CO₂），始終存在，不能判斷正逆反應(yīng)速率關(guān)系，不能判定平衡狀態(tài)，故A不選；                   
B．該反應(yīng)為氣體體積不等的反應(yīng)，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故B選；
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH），可知正逆反應(yīng)速率相等，能判定平衡狀態(tài)，故C選；             
D．混合氣體的質(zhì)量、體積不變，則容器內(nèi)氣體密度始終保持不變，不能判定平衡狀態(tài)，故D不選；
E．1mol H-O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂，可知正逆反應(yīng)速率相等，能判定平衡狀態(tài)，故E選；
故答案為：BCE；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始   1                 3                 0                 0
轉(zhuǎn)化  0.75            2.25              0.75             0.75
平衡 0.25             0.75             0.75             0.75
從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為：v （H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min）； 達(dá)平衡時容器內(nèi)平衡時與起始時的壓強(qiáng)之比為：$\frac{0.25+0.75+0.75+0.75}{1+3}$=5：8 （或0.625），
故答案為：0.225mol/（L．min）； 5：8 （或0.625）；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb，氧化為PbSO₄，甲醇燃料電池中負(fù)極通入甲醇，氧化生成CO₂，相同質(zhì)量提供電子數(shù)目之比為：$\frac{1}{207}$×2：$\frac{1}{32}$×6=32：621，則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的$\frac{621}{32}$=19.4倍，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂； 19.4．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、平衡判定、反應(yīng)熱與焓變及原電池，為高頻考點，把握化學(xué)平衡三段法、反應(yīng)中能量變化、電極反應(yīng)書寫為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．