Question

9．由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應進行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．
（1）關于該反應的下列說法中，其△H小于0．（填“大于”、“小于”或“等于”），且在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應自發(fā)進行．
（2）該反應平衡常數(shù)K的表達式為K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$
（3）溫度降低，平衡常數(shù)K增大  （填“增大”、“不變”或“減小”）．
（4）若為兩個容積相同的密閉容器，現(xiàn)向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1molCH₃OH（g）和1molH₂O（g），在相同的溫度下進行反應，達到平衡時，甲容器內(nèi)n（CH₃OH ）等于（填“大于”“小于”或“等于”）乙容器內(nèi)n（CH₃OH ）
（5）以甲醇和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成電池．
①負極的電極反應式CH₃OH+8OH^--6e-=CO₃^2-+6H₂O
②若以石墨為電極，電解硫酸銅溶液，寫出電解的化學反應方程式2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2 Cu+O₂↑+2H₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質(zhì)的量減小的反應，故正反應為熵減過程，反應熵變小于0，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（2）平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
（3）平衡常數(shù)受溫度變化影響，該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動；
（4）采用一邊倒的方法知，二者為等效平衡；
（5）①燃料電池中，負極上燃料失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
②用惰性電解電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子放電生成銅．

解答 解：（1）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即△H＜0，由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質(zhì)的量減小的反應，故正反應為熵減過程，即△S＜0；滿足△H-T△S＜0，需要在較低溫下進行；
故答案為：小于；較低；
（2）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化學平衡常數(shù)K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$，
 故答案為：K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$；
（3）該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，平衡常數(shù)增大；
故答案為：增大；    
（4）采用一邊倒的方法知，二者為等效平衡，所以兩個容器內(nèi)達到平衡狀態(tài)時，甲容器內(nèi)n（CH₃OH）等于乙容器內(nèi)n（CH₃OH），
故答案為：等于；
（5）①甲醇燃料電池中，負極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
②用惰性電解電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子放電生成銅，電池反應式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2 Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2 Cu+O₂↑+2H₂SO₄．

點評 本題考查較綜合，涉及反應自發(fā)進行判斷、原電池和電解池原理、等效平衡、反應熱等知識點，根據(jù)離子放電順序和電極反應式等知識點來分析解答，化學平衡的有關習題還常�？疾榛瘜W平衡狀態(tài)的判斷、反應速率的計算、外界條件對平衡的影響等知識點，是考試熱點，注意（4）采用一邊倒的方法，題目難度中等．