Question

13．工業(yè)和生活廢棄物的排放對環(huán)境造成了明顯的影響，如何減少有害成分的排放受到了人們的普遍關注．
I．對工業(yè)廢氣中的CO、CO₂的回收再利用可減少碳氧化物的排放對環(huán)境的影響．工業(yè)廢氣中的CO、CO₂可用作合成甲醇的原料．
（1）用CO合成甲醇的反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在容積為1L的密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂，實驗測得甲醇的物質的量和溫度、時間的關系曲線如圖1所示．則該反應的△H＜0（填“＜”、“＞”或“=”），判斷的理由是根據圖1所示，溫度升高，甲醇的物質的量減小，平衡逆向移動，則正反應放熱．

（2）利用工業(yè)廢氣中的CO₂制取甲醇的反應為：CO₂+3H₂$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH+H₂O．常溫常壓下已知相關反應的能量變化如圖2和圖3所示：由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol．
（3）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種．
①甲醇蒸汽重整法．主要反應為；CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）；設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol CH₃OH（g），體系壓強為p₁，在一定條件下達到平衡時，體系壓強為p₂，且$\frac{{p}_{2}}{{p}_{1}}$=2.2，則該條件下CH₃OH的平衡轉化率為60%．
②甲醇部分氧化法．在一定溫度下以Ag/CeO₂-ZnO為催化劑時原料氣比例對反應的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質越多）影響關系如圖4所示．則當$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.25時，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應方程式為2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O．在制備H₂時最好控制$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.5．
II．對工業(yè)廢水和生活污水進行處理是防止水體污染、改善水質的主要措施．

（1）含乙酸鈉和對氯酚（）的廢水可以通過構成微生物電池除去，其原理如圖5所示．
①B是電池的負極（填“正”或“負”）；②A極的電極反應式為+2e^-+H⁺═-OH+Cl^-．
（2）電滲析法處理廚房垃圾發(fā)酵液，同時得到乳酸的原理如圖6所示（圖中“HA”表示乳酸分子，A^-表示乳酸根離子），陽極的電極反應為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）圖象分析可知先拐先平，溫度高，甲醇物質的量隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應為放熱反應；
（2）依據圖2、3中熱化學方程式結合蓋斯定律計算得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式；
（3）①根據三段式計算轉化率；
②當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應的方程式為：2CH₃OH+O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O；依據圖象分析制備氫氣時最好是n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5；
Ⅱ（1）①根據原電池中陽離子的移動方向確定正負極；
②原電池中正極上得電子，發(fā)生還原反應，結合正極反應物來分析解答；
（2）電解池中陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣．

解答 解：（1）用CO合成甲醇的反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），根據圖1所示，溫度升高，甲醇的物質的量減小，平衡逆向移動，則正反應放熱，則該正反應的△H＜0，
故答案為：＜；根據圖1所示，溫度升高，甲醇的物質的量減小，平衡逆向移動，則正反應放熱；
（2）圖2、3中熱化學方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
由蓋斯定律②-①得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（3）①CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
起始量/mol  0.60          0             0
轉化量/mol   x              x             2x
平衡量/mol  0.60-x        x             2x
氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，$\frac{0.60-x+x+2x}{0.60}$=2.2
解得x=0.36
n（H₂）_平=0.36mol×2=0.72mol
CH₃OH的轉化率=$\frac{0.36mol}{0.60mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
②當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應的方程式為：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O；依據圖象分析，在制備H₂時最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5時氫氣生成最多，
故答案為：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O；0.5；
Ⅱ（1）①原電池中氫離子的移動方向是從負極流向正極，所以B是電池的負極，
故答案為：負；
②A是正極，正極上發(fā)生得電子的還原反應：+2e^-+H⁺═-OH+Cl^-，
故答案為：+2e^-+H⁺═-OH+Cl^-；
（2）陽極上是陰離子氫氧根離子發(fā)生失電子的氧化反應，電極反應式為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫，化學平衡常數(shù)、移動、轉化率等問題，要注意圖象正確分析，題目難度中等．