甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO2加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径．由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下：反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2

Question

甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂ 加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径．由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）⇌CO （g）+H₂O（g）△H₂
反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=___，反应 I自发进行条件是___（填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）．
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中，充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示．
①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n（H₂）=3mol，n（CO₂）=1.5mol
B：n（H₂）=3mol，n（CO₂）=2mol，曲线 I代表哪种投入方式___（用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为___；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、xmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则x应满足的条件是___．
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线．
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O^2-）在其间通过，该电池的工作原理如图3所示，其中多孔电极均不参与电极反应，图3是甲醇燃料电池的模型．
①写出该燃料电池的负极反应式___．
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为___（法拉第常数为9.65×10⁴C•mol^-1）．

Answer 1

（1）反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）⇌CO （g）+H₂O（g）△H₂
反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
根据盖斯定律，反应Ⅱ可以是Ⅰ-Ⅲ得到，所以反应Ⅱ的焓变△H₂=（-49.58kJ•mol^-1）-（-90.77kJ•mol^-1）=+41.19 kJ•mol^-1；根据反应自发行的判据：△H-T△S<0，反应Ⅲ是熵减的放热的反应，所以要自发进行需要在较低温下进行，
故答案为：+41.19 kJ•mol^-1；较低温；
（2）①A：n（H₂）=3mol，n（CO₂）=1.5mol，B：n（H₂）=3mol，n（CO₂）=2mol，二者比较B相当于增大二氧化碳的量，转化率小于A，所以曲线 I代表A的投料，
故答案为：A．
②在温度为500K的条件下，充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡，二氧化碳的转化率是60%，
          CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始浓度：0.5      1         0         0
变化浓度：0.3     0.9      0.3       0.3
平衡浓度：0.2     0.1      0.3       0.3
a．该温度下，反应I的平衡常数K=(0.3×0.3)/(0.2×0．13)=450，
500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、xmolH₂O，浓度分别为0.1mol/L，0.3mol/L，0.2mol/L，(x)/(3)mol/L
若使反应在开始时正向进行，浓度商Qc=(0.2×(x)/(3))/(0.3×0．13)<K=450
x=2.025
则x应满足的条件是0<x<2.025
故答案为：450，0<x<2.025；
b．当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，则平衡正向进行，甲醇的浓度会增加，图象为，
故答案为：；
（3）①以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O^2-）在其间通过，分析该电池的工作原理如图3所示可知负极是甲烷失电子发生氧化反应，结合导电离子和电荷守恒分析书写电极反应为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O；
②16g甲醇物质的量=(16g)/(32g/mol)=0.5mol，发生反应时电子转移0.5mol×6=3mol，则理论上提供的电量最多为3mol×9.65×10⁴C•mol^-1=2.895×10⁵ C，
故答案为：2.895×10⁵ C．