Question

【題目】氮氧化物(NOx)、CO2和SO2等氣體會造成環境問題。對燃煤廢氣進行化學方法處理,可實現綠色環保、節能減排、廢物利用等目的。

(1)已知氫氣與甲醇的燃燒熱分別為285.8kJ·mol-1、726.5 kJ·mol-1,則CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式為___________________________________

(2)已知在一定溫度下將6molCO2和8mol H2充入容器為2L的密閉容器中發生如下反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-49.0 kJ·mol－1,則

①該反應自發進行的條件是 _______________(填“低溫”“高溫”或“任意溫度”)

②下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是 _____________(填字母)

a.混合氣體的平均相對分子質量保持不變 b.CO2和H2的物質的量之比保持不變

c.CO2和H2的轉化率相等 d.3v正(H2)=v逆(CH3OH)

e.1mol CO2生成的同時有3mol H—H鍵斷裂

③H2的物質的量隨時間變化曲線如圖實線所示，僅改變某一條件再進行實驗,測得H2物質的量隨時間變化曲線如圖虛線所示。與實線相比,虛線改變的條件可能是__________________

(3)如圖是某甲醇燃料電池工作的示意圖。質子交換膜(只有質子能夠通過)左右兩側的溶液均為1L 2mol·L-1H2SO4溶液。電極a上發生的電極反應式為 _____________________，當電池中有1mol e-發生轉移時左右兩側溶液的質量之差為____g(假設反應物耗盡,忽略氣體的溶解)。

Answer 1

【答案】CO2(g) +3H2(g) =CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ·mol-1 低溫 abe 加壓(或增大CO2濃度) CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 12

【解析】

（1）根據熱化學方程式和蓋斯定律計算所得熱化學方程式；

（2）①自發進行的判斷依據是△H-T△S<0，結合反應的特征分析判斷所需要的條件；

②根據判斷平衡狀態的依據進行分析；

③虛線在原虛線的基礎上氫氣的物質的量減小，平衡正向移動，增大壓強(或增大CO2濃度)，平衡能夠正向移動；

（3）根據原電池的原理，負極發生氧化反應、正極發生還原反應進行分析。

（1）已知氫氣與甲醇的燃燒熱分別為285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1，則①H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJmol-1；由蓋斯定律可知用①×3-②得CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)，該反應的反應熱△H=-285.8kJmol-1×3-（-726.5kJmol-1）=-130.9kJmol-1，

故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ·mol-1。

（2）①已知CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，該反應的△S<0，反應焓變△H<0，低溫下滿足因此△H-T△S<0，因此該反應自發進行的條件是低溫，故答案為：低溫。

②a.該反應屬于氣體的物質的量發生變化的反應，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，說明各組分的濃度保持不變，能判斷該反應達到化學平衡狀態，故a正確；

b.CO2和H2的物質的量之比保持不變，表明二者的濃度不變，能判斷該反應達到化學平衡狀態，故b正確；

c.二者的轉化率相等，與是否達到平衡狀態無關，故c錯誤；

d.3v正(H2)=v逆(CH3OH)，表示正逆反應速率不相等，不能判斷該反應達到化學平衡狀態，故d正確；

e.1molCO2生成的同時有3molH-H鍵斷裂，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故e正確。

故答案為：abe。

③僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示，虛線在原虛線的基礎上氫氣的物質的量減小，平衡正向移動，增大壓強(或增大CO2濃度)，平衡能夠正向移動，故虛線所對應的實驗條件改變是增大壓強(或增大CO2濃度)，故答案為：增大壓強(或增大CO2濃度)。

（3）從示意圖中可以看出電極a原料是CH3OH和水，反應后產物為CO2和H＋，CH3OH中碳元素化合價為－2，CO2中碳元素化合價為＋4，說明a電極上CH3OH失去電子，電極a是負極，則電極b是正極，b電極原料是O2和H＋，反應后的產物為H2O，氧元素化合價由0→－2，發生還原反應，因為電解質溶液是稀H2SO4，可以寫出電池總反應式為2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O，再寫出較為簡單的正極反應式：3O2＋12e－＋12H＋=6H2O，用總反應式減去正極反應式即可得到負極反應式為：CH3OH＋H2O－6e－=CO2↑＋6H＋；當轉移1mol電子時，左側質量減輕1/6×12g=2g，還要有1molH+通過質子交換膜進入右側，質量減少1g，正極反應式為O2+4H++4e-=2H2O，右側質量增加32g×1/4=8g，加上轉移過來的1gH+，因此左右兩側溶液的質量之差為8g+1g+2g+1g=12g，

故答案為：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，12。