Question

【題目】甲醇、乙醇來源豐富、價(jià)格低廉、運(yùn)輸貯存方便，都是重要的化工原料，有著重要的用途和應(yīng)用前景，可以用多種方法合成。

I．用CO2生產(chǎn)甲醇、乙醇

(1)已知：H2的燃燒熱為-285.8 kJ/mol，CH3OH(l)的燃燒熱為-725.8kJ/mol，CH3OH(g)=CH3OH(l) △H= -37.3 kJ/mol，則CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+ H2O(1) △H=____kJ/mol。

(2)將CO2和H2按物質(zhì)的量之比1:3充入體積為2.0L的恒容密閉容器中反應(yīng)[生成 H2O(g)]，如圖1表示壓強(qiáng)為0.1 MPa和5.0 MPa下CO2轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系。

①a、b兩點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)速率分別用Va、Vb，表示，則Va ___Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）。

②列出a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K= ____________________。

(3)在1.0 L恒容密閉容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g)+H2O(g)，實(shí)驗(yàn)測得不同溫度及壓強(qiáng)下，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量變化如圖2所示，下列說法正確的是_____。

A.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

B．壓強(qiáng)大小關(guān)系為p1＜p2＜p3

C．M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K的值約為1.04×10－2

D．在p2及512 K時(shí)，圖中N點(diǎn)υ(正)＜υ(逆)

(4)CO2催化加氫合成乙醇的反應(yīng)為：2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g) +3H2O(g) △H；m代表起始時(shí)的投料比，即m＝

①圖3中投料比相同，溫度T3＞T2＞T1，則該反應(yīng)的焓變△H____0（填“＞”、“＜”）。

②m=3時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后p(總)=20a MPa，恒壓條件下各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖4所示，則曲線b代表的物質(zhì)為_________（填化學(xué)式），T4溫度時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)物質(zhì)d的分壓p(d)=___________。

Ⅱ．甲醇的應(yīng)用

(5)以甲醇為主要原料，電化學(xué)合成碳酸二甲酯的工作原理如圖5所示。

離子交換膜a為_____（填“陽膜”、“陰膜”），陽極的電極反應(yīng)式為______________。

Answer 1

【答案】-94.3 大于 K＝ AC ＜ CO2 2.5a MPa 陽膜 2CH3OH+CO2e=(CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol，

②CH3OH(g)=CH3OH(l)△H= -37.3kJ/mol，

③CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol，

由蓋斯定律①×3-③-②；可得CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(1)△H=-94.3kJ/mol；

(2)①a、b兩點(diǎn)溫度相同，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故壓強(qiáng)曲線A大于曲線B，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，故反應(yīng)速率Va大于Vb；

②a點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡常數(shù)表達(dá)式K=；

(3)A．由圖可知，隨著溫度升高，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量在減小，所以升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；

B．由圖可知，作一條等溫線，因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量也越大，所以p1＞p2＞p3，故B錯(cuò)誤；

C．由圖可知，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲醇產(chǎn)量為0.25mol，則

所以K==1.04×102；故C正確；

D．由圖可知，在p2及512K時(shí)，N點(diǎn)甲醇的物質(zhì)的量還小于平衡時(shí)的量，所以應(yīng)該正向移動(dòng)，則v(正)＞v(逆)，故D錯(cuò)誤；

答案選AC；

(4)①由圖3可知，相同壓強(qiáng)下，溫度越高氫氣轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度反應(yīng)向逆向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，△H＜0；

②溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以產(chǎn)物的物質(zhì)的量是逐漸減少的，反應(yīng)物的物質(zhì)的量增大，由圖可知，根據(jù)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)關(guān)系，曲線a代表的物質(zhì)為H2，b表示CO2，c為H2O，d為C2H5OH；設(shè)開始?xì)錃獾耐度肓渴?/span>3nmol，則二氧化碳是nmol，二氧化碳的轉(zhuǎn)化量是x，

N點(diǎn)b、d的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同，所以n-x=0.5x，解得x=n，總物質(zhì)的量是n-x+3n-3x+0.5x+1.5x=n，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，組分平衡分壓=總壓×該組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，d為C2H5OH，達(dá)到平衡時(shí)乙醇的壓p(乙醇)==2.5a MPa；

(5)由圖分析可知氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，與氫離子結(jié)合生成水，該電極為陰極，則氫離子要透過交換膜a在陰極與氧氣結(jié)合，則交換膜a為陽離子交換膜；陽極上是甲醇和一氧化碳反應(yīng)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2CH3OH+CO-2e=(CH3O)2CO+2H+。