Question

甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO₂和H₂)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)△H₁=—99kJ.mol^-1，

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)△H₂=—58kJ.mol^-1

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)△H₃

回答下列问题：

（1）写出CO₂的结构式__________。

（2）由上述数据计算出△H₃=kJ.mol^-1

（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，温度T₁、T₂对反应的影响，下列正确的是__________(填序号)

①温度为T₁时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为:v(CH₃OH)=n_A/t_Amol/(L·min)

②该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的小

③当生成1mol甲醇的同时，生成1molCO₂，说明反应达到平衡

④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时n(H₂)与n(CH₃OH)比值增大

（4）在T₁温度时，将2molCO₂和6molH₂充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为50%，，则容器内的压强与起始压强之比为__________；该温度条件下，反应平衡常数为__________(计算出结果)

（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为硫酸性，负极的电极反应式为__________。

Answer

（1）O=C=O；（2）+41；（3）③④；（4）3:4；4/27(0.15)（5）CH3OH+6e-+H2O=CO2↑+6H＋

【解析】

试题分析：（1）CO2属于直线型分子，结构式为O=C=O，故答案为：O=C=O；

（2）①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-99kJ/mol

②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ/mol

根据盖斯定律：反应②-反应①=反应③，故△H3=△H2-△H1=-58kJ/mol-(-99kJ/mol)=+41kJ/mol，故答案为：+41；

（3）根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，由温度升高反应速率增大可知T2的反应速率大于T1，又温度高时平衡状态CH3OH的物质的量少，则说明可逆反应CO2+3H2CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T1时的平衡常数比T2时的大；①v(CH3OH)==mol/(L•min)，故①错误；②正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T1时的平衡常数比T2时的大，故②错误；③当生成1mol甲醇的同时，生成1molCO2，说明正逆反应速率相等，说明反应达到平衡，故③正确；④处于A点的反应体系从T1变到T2，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故n(H2)与n(CH3OH)增大，故④正确；故答案为：③④；

（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol/L)1300

变化0.51.50.50.5

平衡0.51.50.50.5

根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，

则容器内的压强与起始压强之比为=(0.5+1.5+0.5+0.5):(1+3)=3:4，

品红常数K==，故答案为：3:4；。

（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为硫酸时，负极的电极反应式为CH3OH+6e-+H2O=CO2↑+6H＋，故答案为：CH3OH+6e-+H2O=CO2↑+6H＋。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、反应速率和化学平衡的计算、燃料电池

【名师点晴】运用盖斯定律书写热化学方程式的基本方法是：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”，平时要多练习，才能熟能生巧。有关化学平衡的计算常常使用三段式解题，要正确理解和灵活运用三段式法在化学平衡计算中的应用。掌握原电池中电极反应式的书写方法：①先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；②注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存；③若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水；④正负极反应式相加(电子守恒)得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。