Question

（15分）二氧化碳是引起“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)，節(jié)能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放。

（1）在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2 molCO2和3mol H2，發(fā)生的反應(yīng)為：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，△H＝－a kJ·mol－1（a＞0）， 測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

①能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是________。（選填編號）

A．CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變

B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間的變化而變化

C．單位時間內(nèi)每消耗1.2mol H2，同時生成0.4molH2O

D．該體系中H2O與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1:1，且保持不變

②計算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_________。（保留兩位有效數(shù)字）。若改變條件 （填選項），可使K＝1。

A．增大壓強

B．增大反應(yīng)物濃度

C．降低溫度

D．升高溫度

E．加入催化劑

（2）某甲醇燃料電池原理如圖1所示。

①M區(qū)發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_______________________________。

②用上述電池做電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），則該電解的總反應(yīng)離子方程式為： 。假設(shè)溶液體積為300mL，當溶液的pH值變?yōu)?3時（在常溫下測定），理論上消耗甲醇的質(zhì)量為______________（忽略溶液體積變化）。

（3）有一種用CO2生產(chǎn)甲醇燃料的方法：

已知：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－a kJ·mol－1；

CH3OH(g)＝CH3OH(l) △H＝－b kJ·mol－1；

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) △H＝－c kJ·mol－1；

H2O(g)＝H2O(l) △H＝－d kJ·mol－1，

則表示CH3OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：_____________________________

Answer 1

（1）①AB（少選得1分，錯選不得分） （2分）

②0.20 （2分）；C （2分）

（2）①CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋（2分）；

②2Cl-+2H2O===H2↑+Cl2↑+2 OH-；0.16g（2分）

CH3OH(l)＋O2(g)＝CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH＝－（c＋2d－a－b）kJ·mol－1（3分）

【解析】試題分析：：由反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，△H＝－a kJ·mol－1（a＞0），

（1）A．CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，化學反應(yīng)達到最大程度，故A正確。B．化學反應(yīng)為全氣體、氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間的變化而變化，說明化學達平衡。故B正確。C．單位時間內(nèi)每消耗1.2mol H2表示正反應(yīng)方向速率，生成0.4molH2O表示的也是正反應(yīng)方向速率。故C不能說明反應(yīng)達平衡。D．H2O與CH3OH同為生成物且系數(shù)比為1：1，則該體系中H2O與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比始終為1:1，故D不能說明反應(yīng)達平衡狀態(tài)。②由圖像可知平衡時CO2、H2、CH3OH、H2O(g)濃度分別為0.75mol/L、0.75mol/L、0.25mol/L、0.25mol/L，代入K值表達式可求出K=0.20；由于該反應(yīng)△H<0,即反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫K值會變大，故選C可使K=1；（2）由甲醇燃料電池原理圖1可知：H+由M極移向N極，可得M區(qū)為負極區(qū)，N區(qū)為正極區(qū)，M區(qū)通入的為甲醇發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋；電解飽和食鹽水離子方程式為：2Cl-+2H2O===H2↑+Cl2↑+2 OH-；

由題意知c（OH-）=0.1mol/L，則n(OH-)=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計得關(guān)系式：

CH3OH-----6e------3H2-------6OH-

32g 6mol

m(CH3OH) 0.03mol

解得：m(CH3OH)=0.16g；（3）由蓋斯定律可得CH3OH(l) ＋O2(g) ＝CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH＝－（c＋2d－a－b）kJ·mol－1。

考點：了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。了解熱化學反應(yīng)方程式及蓋斯定律并能運用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)焓變的簡單計算，了解化學平衡常數(shù)的含義，能利用化學平衡常數(shù)進行相關(guān)計算。