Question

（11分）科學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生成甲醇，并開發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-285.8kJ·mol^-1、-283.0kJ·mol^-1和-726.5kJ·mol^-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水的熱化學方程式為_____________；
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

下列說法正確的是______（填序號）
①溫度為T₁時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均速率為
v(CH₃OH)=n_A/t_A mol·L^-1·min^-1
②該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的小
③該反應為放熱反應
④處于A點的反應體系從T₁變到T₂，
達到平衡時增大
（4）在T₁溫度時，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉化率為a,則容器內的壓強與起始壓強之比為______；
（5）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質溶液為酸性，負極的反應式為________、正極的反應式為________。理想狀態下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產生的最大電能為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生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比）

Answer 1

（11分）(1) 2858
(2)  CH₃OH(l)+ O₂(g)="CO(g)+2" H₂O(l)     △H=-443.5kJ·mol^-1
(3) ③④   (4)1-a/2
(5) CH₃OH(g) +H₂O-6e^-= CO₂ +6H⁺     3/2O₂ + +6H⁺ +6e^-= 3H₂O
96.6%

解：（1）由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ?mol^-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）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
（3）①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
（4）②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
（5）由蓋斯定律可知用②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），
（6）該反應的反應熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
（7）故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（8）(3）根據題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，
（9）又溫度高時平衡狀態CH₃OH的物質的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，
（10）則T₁時的平衡常數比T₂時的大，③、④正確，②中該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的大，則②錯誤，①中按照其計算速率的方法可知
（11）反應速率的單位錯誤，應為mol?min^-1，則①錯誤，故答案為：③④；
（4）由化學平衡的三段模式法計算可知