Question

【題目】2018年5月9日科技網(wǎng)報(bào)道，最新一期國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》介紹了我國(guó)科學(xué)家曾杰團(tuán)隊(duì)的成果：在含鉑高效催化劑作用下把二氧化碳高效轉(zhuǎn)化清潔液態(tài)燃料——甲醇。

（1）甲醇燃燒時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)（a、b、c、d均大于0）：

①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H1=-akJ·mol-1

②2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H2=-bkJ·mol-1

③CH3OH(1)+3/2O2（g）=CO2(g)+2H2O(1) △H3=-ckJ·mol-1

④CH3OH(1)+O22(g)=CO (g)+2H2O(1) △H4=-dkJ·mol-1

由此知，a、b、c、d由小到大排序?yàn)?/span>_______。

（2）工業(yè)上，通常采用氫氣還原CO2法制備甲醇CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(1) △H

已知幾種化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下：

共價(jià)鍵	C=O	H-H	C-O	C-H	H-O
鍵能/kJ·mol-1	803	436	326	414	464

根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)估算上述反應(yīng)中△H=____________kJ·mol-1。

（3）在2L恒容密閉容器中充入2 mol CO2和6.5mlH2，在一定溫度下反應(yīng)，測(cè)得混合氣體中c（CH3OH）與時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。

①M點(diǎn)CO2的正反應(yīng)速率___________N點(diǎn)CO2的逆反應(yīng)速率（選填“大于”“小于”或“等于”）。

②0~10min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v（H2）=___________mol·L-1·min-1。

③在該溫度下，該反應(yīng)平衡常數(shù)K為________。（結(jié)果保留兩位小數(shù)并要求帶單位）

（4）在密閉容器中充入一定量CO2和H2，在含鉑催化劑作用下反應(yīng)，測(cè)得單位時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系如圖2所示。

①R點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO2轉(zhuǎn)化率最大，其原因是_________________。

②在Q點(diǎn)時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率突變的原因可能是_________________。

（5）以石墨為電極，甲醇/空氣堿性（KOH溶液為電解質(zhì)溶液）燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率高。當(dāng)KOH恰好完全轉(zhuǎn)化成KHCO3時(shí)停止放電，此時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________。

Answer 1

【答案】 d、c、a、b（或d＜c＜a＜b ) －46 大于 0.225 2.25 (Lmin-1)2 R點(diǎn)之前未達(dá)到平衡，溫度升高，反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大；R點(diǎn)為平衡點(diǎn)，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，R點(diǎn)之后，升溫平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化降低 Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度使催化劑失去活性（或該溫度下催化劑的選擇性降低） CH3OH－6e-＋7OH-＝HCO3-＋5H2O

【解析】(1)根據(jù)產(chǎn)物、狀態(tài)、化學(xué)計(jì)量數(shù)判斷，液態(tài)變氣態(tài)時(shí)要吸收熱量，放出熱量分析判斷；

(2)根據(jù)反應(yīng)熱等于斷裂化學(xué)鍵的總鍵能與形成化學(xué)鍵的總鍵能之差計(jì)算；

(3)①根據(jù)M點(diǎn)未達(dá)到平衡，向正方向進(jìn)行；N點(diǎn)達(dá)到平衡，正、逆反應(yīng)速率相等分析判斷；②根據(jù)υ(H2)＝計(jì)算；③利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)四種物質(zhì)的濃度，再根據(jù)K＝計(jì)算；

(4)①分析R點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最大，可以從兩個(gè)角度一是平衡前，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率，其實(shí)與速率相關(guān)。二是平衡后，升溫，平衡移動(dòng)；②從催化劑活性角度解釋Q點(diǎn)轉(zhuǎn)化率突變；

(5)負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物為KHCO3，據(jù)此書寫負(fù)極的電極反應(yīng)式。

(1)①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H1=-akJ·mol-1；②2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H2=-bkJ·mol-1；③CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H3=-ckJ·mol-1；④CH3OH(1)+O22(g)=CO (g)+2H2O(1) △H4=-dkJ·mol-1；根據(jù)產(chǎn)物、狀態(tài)、化學(xué)計(jì)量數(shù)判斷，液態(tài)變氣態(tài)時(shí)要吸收熱量，放出熱量：②＞①＞③＞④，故d＜c＜a＜b，故答案為：d＜c＜a＜b；

(2)反應(yīng)熱等于斷裂化學(xué)鍵的總鍵能與形成化學(xué)鍵的總鍵能之差。ΔH＝(803×2＋436×3－326－414×3－464－464×2)kJ·mol-1＝－46 kJ·mol-1，故答案為：－46；

(3)①M點(diǎn)未達(dá)到平衡，向正方向進(jìn)行，正反應(yīng)速率減小；N點(diǎn)達(dá)到平衡，正、逆反應(yīng)速率相等，所以，M點(diǎn)正反應(yīng)速率大于N點(diǎn)逆反應(yīng)速率，故答案為：大于；

②υ(H2)＝mol·L-1min-1＝0.225 mol·L-1min-1，故答案為：0.225；

③ CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

起始濃度(mol/L) 1 3.25 0 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡濃度(mol/L) 0.25 1.00 0.75 0.75

K＝＝(Lmin-1)2＝2.25 (Lmin-1)2，故答案為：2.25 (Lmin1)2；

(4)①單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率與速率有關(guān)。分析R點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最大，從兩個(gè)角度考慮：一是平衡前，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率，其實(shí)與速率相關(guān)。二是平衡后，升溫，平衡移動(dòng)。即R點(diǎn)之前未達(dá)到平衡，溫度升高，反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大；R點(diǎn)為平衡點(diǎn)，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化降低，故答案為：R點(diǎn)之前未達(dá)到平衡，溫度升高，反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大；R點(diǎn)為平衡點(diǎn)，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，R點(diǎn)之后，升溫平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化降低；

②從催化劑活性角度解釋Q點(diǎn)轉(zhuǎn)化率突變。即Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度使催化劑失去活性(或該溫度下催化劑的選擇性降低)，故答案為：Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度使催化劑失去活性(或該溫度下催化劑的選擇性降低)；

(5)負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物為KHCO3。故負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH－6e＋7OH＝HCO3＋5H2O，故答案為：CH3OH－6e＋7OH＝HCO3＋5H2O。