Question

（11分）科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为

（11分）科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H 2 （g）、CO（g）和CH 3 OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol -1 、-283.0kJ·mol -1 和-726.5kJ·mol -1 。请回答下列问题：（1）用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ；（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_____________；（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO 2 和H 2 合成甲醇，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℃）； 下列说法正确的是______（填序号）①温度为T 1 时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH 3 OH)=n A /t A mol·L -1 ·min -1 ②该反应在T 1 时的平衡常数比T 2 时的小③该反应为放热反应 ④处于A点的反应体系从T 1 变到T 2 ，达到平衡时增大（4）在T 1 温度时，将1molCO 2 和3molH 2 充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO 2 转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为______；（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1KJ,则该燃料电池的理论效率为________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）

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Answer 1

（11分）(1) 2858 (2)  CH 3 OH(l)+ O 2 (g)="CO(g)+2" H 2 O(l)     △H=-443.5kJ·mol -1 (3) ③④   (4)1-a/2 (5) CH 3 OH(g) +H 2 O-6e - = CO 2 +6H +      3/2O 2 + +6H + +6e - = 3H 2 O 96.6%

解：（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10mol H 2 O（l）消耗的能量为285.8kJ×10=2858kJ， 故答案为：2858 （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 （3）①CO（g）+1/2O 2 （g）=CO 2 （g）△H=-283.0kJ?mol -1 （4）②CH 3 OH（l）+3/2O 2 （g）=CO 2 （g）+2 H 2 O（l）△H=-726.5kJ?mol -1 （5）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）， （6）该反应的反应热△H=-726.5kJ?mol -1 -（-283.0kJ?mol -1 ）=-443.5kJ?mol -1 ， （7）故答案为：CH 3 OH（l）+O 2 （g）=CO（g）+2 H 2 O（l）△H=-443.5kJ?mol -1 ； （8）(3）根据题给图象分析可知，T 2 先达到平衡则T 2 ＞T 1 ，由温度升高反应速率增大可知T 2 的反应速率大于T 1 ， （9）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， （10）则T 1 时的平衡常数比T 2 时的大，③、④正确，②中该反应在T 1 时的平衡常数比T 2 时的大，则②错误，①中按照其计算速率的方法可知 （11）反应速率的单位错误，应为mol?min -1 ，则①错误，故答案为：③④； （4）由化学平衡的三段模式法计算可知