利用太阳能分解水产生H 2 ，在催化剂作用下H 2 与CO 2 反应合成CH 3 OH，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料
利用太阳能分解水产生H2，在催化剂作用下H2与CO2反应合成CH3OH，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=－285...
利用太阳能分解水产生H 2 ，在催化剂作用下H 2 与CO 2 反应合成CH 3 OH，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知：H 2 (g)+1/2O 2 (g)=H 2 O(l) ΔH=－285.8 kJ·mol －1 、CH 3 OH(l)+ 3/2O 2 (g)= CO 2 (g)+ 2H 2 O(l) ΔH=－726.5 kJ·mol －1 、CO(g) +1/2O 2 (g)= CO 2 (g) ΔH=－283.0 kJ·mol －1 。请回答下列问题：⑴用太阳能分解18g水，需要消耗的能量为 kJ。⑵ 液态CH 3 OH不完全燃烧生成CO和液态H 2 O的热化学方程式为 。⑶CO 2 合成燃料CH 3 OH是碳减排的新方向。在容积为2 L的密闭容器中，充2 mol CO 2 和6 mol H 2 ，由CO 2 和H 2 合成甲醇，反应式：CO 2 (g)＋3H 2 (g) CH 3 OH(g)＋H 2 O(g)，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T 1 、T 2 均大于300 ℃)： ①下列说法正确的是 A．温度为T 2 时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为: v(CH 3 OH)＝n B /t B mol·(L·min) －1 B．T 2 ＞T 1 ，T 2 平衡时，甲醇产量变少，所以该反应为放热反应C．该反应在T 2 时的平衡常数比T 1 时的平衡常数大D．处于A点的反应体系从T 1 变到T 2 ，平衡逆向移动②能判断该反应已达化学反应限度标志的是 （填字母。A．H 2 的百分含量保持不变B．容器中CO 2 浓度与H 2 浓度之比为1: 3C．容器中混合气体的密度保持不变D．CO 2 消耗速率与CH 3 OH生成速率相等⑷科学家致力于CO 2 的“组合转化”技术研究，如将CO 2 和H 2 以体积比1∶4比例混合通入反应器，适当条件下，反应可获得一种能源。完成以下化学方程式，就能知道该种能源。CO 2 ＋4H 2 2H 2 O ＋ 。⑸ 在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，总反应式为：2CH 3 OH + 3O 2 ＝2CO 2 ＋4H 2 O，则正极的反应式为 ；负极的反应式为 。
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| (1) 285.8 （3分） ⑵ CH 3 OH(l) + O 2 (g)＝CO(g) + 2H 2 O(l) ΔH=－443.5 kJ·mol －1 （3分） ⑶ ①BD（2分） ②A （2分） (4) CH 4 （2分） ⑸ 4H + +O 2 +4e - = 2H 2 O（2分）、 CH 3 OH+H 2 O-6e - = CO 2 +6H + （2分） |
| 试题分析：（1）由H 2 （g）的燃烧热△H为-285.8kJ?mol -1 知，1molH 2 （g）完全燃烧生成1molH 2 O（l）放出热量285.8kJ，即分解1mol H 2 O（l）为1mol H 2 （g）消耗的能量为285.8kJ，则分解18g水即1mol H 2 O（l）消耗的能量为285.8kJ。 （2）由CO（g）和CH 3 OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol -1 和-726.5kJ?mol -1 ，则 ①CO（g）+1/2O 2 （g）=CO 2 （g）△H=-283.0kJ?mol -1 ，②CH 3 OH（l）+3/2O 2 （g）=CO 2 （g）+2 H 2 O（l）△H=-726.5kJ?mol -1 ，由盖斯定律可知用②-①得反应CH 3 OH（l）+O 2 （g）=CO（g）+2 H 2 O（l）， 该反应的反应热△H=-726.5kJ?mol -1 -（-283.0kJ?mol -1 ）＝－443.5kJ?mol -1 。 （3）①A、中按照其计算速率的方法可知反应速率=  ＝ mol/L?min，故A错误；B、正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T 2 先达到平衡则T 2 ＞T 1 ，又温度高时平衡状态CH 3 OH的物质的量少，则说明可逆反应CO 2 +3H 2  CH 3 OH+H 2 O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，该反应的△H＜0，故B正确；C、正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T 2 先达到平衡，则T 2 ＞T 1 ，该反应在T 1 时的平衡常数比T 2 时的大，C不正确；D、处于A点的反应体系从T 1 变到T 2 ，温度升高，正方应放热，则平衡向逆反应方向移动，D正确，答案选BD。②在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，则A、H 2 的百分含量保持不变可以说明反应达到平衡状态，A正确；B、平衡时浓度不再发生变化，但各物质的浓度之间不一定相等或满足某种关系，因此容器中CO 2 浓度与H 2 浓度之比为1: 3不能说明反应达到平衡状态，B不正确；C、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此容器中混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，C不正确；D、CO 2 消耗速率与CH 3 OH生成速率方向一致，根据速率之比等于相应的化学计量数之比可知，二者的速率始终是相等的，不能说明达到平高姿态，D不正确，答案选A。 （4）根据原子守恒可知，反应中另外一种生成物是甲烷，即CO 2 ＋4H 2  CH 4 ＋2H 2 O。（5）直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，正极氧气得到电子，则正极电极反应式为4H + +O 2 +4e - = 2H 2 O。甲醇燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应 
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