二氧化碳是地球温室效应的罪魁祸首，目前人们处理二氧化碳的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：①2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-283.0kJ/mol

Question

二氧化碳是地球温室效应的罪魁祸首，目前人们处理二氧化碳的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol．

（1）完成二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=___
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0  kJ/mol测得CO₂（g）和CH₃OH（l）的浓度随时间的变化如图所示，平衡时CH₃OH的体积分数为___．
（3）已知反应2CH₃OH⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某温度下的平衡常数为400．此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol/L）	0.44	0.6	0.6

①比较此时正、逆反应速率的大小：v正___（填“>”、“<“或“=”）v逆；
②若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，该时间内反应速率v（CH₃OH）=___．
（4）甲醇-空气燃料电池是利用稀土金属氧化物作为固体电解质，这种稀土金属氧化物在高温下能传导O^2-．
①负极发生的反应是___；
②在稀土金属氧化物的固体电解质中，O^2-的移动方向是___．（填字母）
A．从正极移向负极   B．从负极移向正极    C．从阳极移向阴极      D．从阴极移向阳极．

Answer 1

（1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根据盖斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=(3①-②)/(2)=(3×(-283.0)-(-726.0))/(2)=-61.5  kJ/mol，故答案为：-61.5  kJ/mol；
（2）开始时c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，则c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比，所以甲醇的体积分数=(0.75mol)/((0.25+0.75+0.75+0.75)mol/L)×100%=30%，
故答案为：30%；
（3）①该反应的平衡常数表达式为：K=(c(CH3OCH3)•c(H2O))/(c2(CH3OH))，将所给浓度带入平衡常数表达式：(0.6×0.6)/(0.442)=1.86<400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率，故答案为：>；
②2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某时刻浓度（mol•L^-1）：0.44         0.6          0.6
转化浓度（mol•L^-1）：2x            x            x
平衡浓度（mol•L^-1）：0.44-2x       0.6+x         0.6+x
K=((0.6+x)2)/((0.44-2x)2)=400，解得x=0.2mol/L，
故平衡时c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
起始时在密闭容器中加入CH₃OH，
则起始时甲醇的浓度为0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡时c（CH₃OH）=0.04mol/L，
则10min转化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，
所以甲醇的反应速率为v（CH₃OH）=(△c)/(△t)=(1.6mol/L)/(10min)=0.16 mol/（L•min），
故答案为：0.16 mol/（L•min）；
（4）①甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂+2H₂O；故答案为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂+2H₂O；
②依据电极反应分析可知原电池中阴离子移向负极，氧离子从正极流向负极移动；
故答案为：A．