Question

（14分)研究表明：丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。

（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图1表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图。写出230℃该反应的热化学方程式：         _______________              。

（2）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，测得CO₂（g)和CH₃OH（g)的浓度随时间变化如上图2所示。

①能说明该反应已经达到平衡状态的是_______________。（选填编号)

A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化

C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O

D．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变

②计算该温度下此反应的平衡常数K＝________。（保留两位有效数字)。若改变条件     （填选项)，可使K＝1。

A．增大压强  

B．增大反应物浓度  

C．降低温度  

D．升高温度  

E．加入催化剂

（3）某甲醇燃料电池原理如图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_________________________。

②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极)，则该电解的总反应离子方程式为：                           。假设溶液体积为300 mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定)，理论上消耗甲醇的质量为_______（忽略溶液体积变化)。

Answer

（14分)

（1）CO2（g)+3H2（g) CH3OH（g)+H2O（g) ΔH =－49 kJ·mol-1 （2分)

（2）①AB （少选得1分，错选不得分) （2分) ②0.20 （2分) C （2分)

（3）①CH3OH－6e-＋H2O＝CO2＋6H+ （2分)

② 2Cl－+2H2O ===C12↑+ H2↑+ 2OH- （2分) 0.16g（2分)

【解析】

试题分析：：

（1）根据图1可知0.5mol CO2和1.5mol H2转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，则该反应的热化学方程式：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H=-19.6mol÷80%×2=-49kJ•mol-1，反应热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49 kJ•mol-1；

（2）①CO2的体积分数在混合气体中保持不变，则能说明达到平衡状态，选项A正确；平均相对分子质量=气体总质量÷总物质的量中，总质量一定，气体总物质的量随反应的进行在变化，故相对分子质量不再发生改变能说明达到平衡状态，选项B正确；单位时间内每消耗1.2mol H2，同时生成0.4molH2O，不能体现正逆反应，故不能说明达到平衡状态，选项C不正确；H2O与CH3OH都是产物，并且按照1：1的比例生成，所以H2O与CH3OH的物质的量浓度之比一直为1：1，不能说明达到平衡状态，选项D不正确；

②由图像数据CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）得

开始浓度：1 1.5 0 0

转化浓度：0.25 0.75 0.25 0.25

平衡浓度：0.75 0.75 0.25 0.25

所以K=（0.25×0.25）/（0.75×0.75 3）=0.20；则要使K=1，又反应放热所以降低温度使平衡向正反应方向移动，选项C符合题意；

（2）①M区是电子流出的一极，应是原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②惰性电极电解饱和食盐水的离子反应式为：2Cl－+2H2O ===Cl2↑+ H2↑+ 2OH-

假设溶液体积为300 mL，当溶液的pH值变为13时，溶液里OH—的物质的量为：0.1mol•L—1×0.3L=0.03mol，反应中转移电子为0.03mol，则消耗甲醇的物质的量为0.015mol，故质量为0.015mol×32g/mol=0.16g。

考点：考查热化学反应、化学平衡及原电池相关理论知识