Question

【題目】科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為﹣285.8kJmol﹣1、﹣283.0kJmol﹣1和﹣726.5kJmol﹣1 ． 請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是kJ．
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為 ．
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考察溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖所示（注：T1、T2均大于300℃）．

判斷該可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是（填字母）．
①．v生成（CH3OH）=v消耗（CO2） ②．混合氣體的密度不再改變
③．CO2、H2、CH3OH的濃度均不再變化 ④．混合氣體的壓強不再改變
（4）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為、正極的反應(yīng)式為 ． 理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比）．

Answer 1

【答案】
（1）2858
（2）CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=﹣443.5kJmol﹣1
（3）③④
（4）CH3OH+H2O﹣6e﹣═CO2+6H+；O2+4H++4e﹣═2H2O；96.64%
【解析】解：（1.）由H2（g）的燃燒熱△H為﹣285.8kJmol﹣1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（l）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H2O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，故答案為：2858；
（2.）②由CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為﹣283.0kJmol﹣1和﹣726.5kJmol﹣1 ， 則①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=﹣283.0kJmol﹣1②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=﹣726.5kJmol﹣1由蓋斯定律可知用②﹣①得反應(yīng)CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=﹣726.5kJmol﹣1﹣（﹣283.0kJmol﹣1）=﹣443.5kJmol﹣1 ， 故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=﹣443.5kJmol﹣1；
（3.）由CO2和H2合成甲醇，其反應(yīng)為CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）①．生成甲醇為正反應(yīng)速率，消耗二氧化碳為正反應(yīng)速率，都是正反應(yīng)速率，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯誤； ②．在容積為2L的密閉容器中，氣體的體積不變，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度始終不變，不能根據(jù)密度判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯誤③．隨著反應(yīng)進(jìn)行CO2、H2的濃度逐漸減小，CH3OH的濃度逐漸增大，當(dāng)各物質(zhì)的濃度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確； ④．該反應(yīng)是氣體減少的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行氣體的物質(zhì)的量減少，則混合氣體的壓強減小，當(dāng)混合氣體的壓強不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確．故答案為：③④；
（4.）甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則負(fù)極的電極方程式為：CH3OH+H2O﹣6e﹣═CO2+6H+ ， 氧氣在正極上得電子生成水，正極發(fā)生的電極反應(yīng)式是：O2+4H++4e﹣═2H2O；1mol甲醇完全燃燒放出726.5kJ能量，已知的1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為 ×%=96.64%．故答案為：CH3OH+H2O﹣6e﹣═CO2+6H+；O2+4H++4e﹣═2H2O；96.64%．
（1.）由氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計算；
（2.）根據(jù)CO和CH3OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（3.）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等但不等于0，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
（4.）甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，氧氣在正極上得電子生成水；1mol甲醇完全燃燒放出726.5kJ能量，根據(jù)已知的1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能計算．