Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

① CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH1 ＝－99kJ·mol－1

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　 ΔH3

（1）CO2的電子式是________________。

（2）ΔH3＝______kJ·mol－1，②反應(yīng)正向的熵變ΔS______0(填“＞”“＜”或“＝”)。

（3）在容積為2 L的密閉容器中，充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反應(yīng))，在其他條件不變時(shí)，溫度T1、T2對反應(yīng)的影響圖像如圖。

①溫度為T1時(shí)，從反應(yīng)到平衡，生成甲醇的平均速率為v(CH3OH)＝_____ mol·L－1·min－1。

②圖示的溫度T1______T2（填寫“>”、“<”或“=”）

（4）T1溫度時(shí)，將2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密閉容器中，充分反應(yīng)(上述②反應(yīng))達(dá)到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為50%，此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為________；反應(yīng)②在該溫度達(dá)到平衡時(shí)，其平衡常數(shù)的數(shù)值為_______。

（5）若反應(yīng)②在原電池條件下實(shí)現(xiàn)，請寫出酸性條件下惰性電極上由CO2生成CH3OH的電極反應(yīng)式：____________________,該電極為原電池的_______極。

Answer 1

【答案】 ＋41 ＜ ＜ 3∶4 0.148～0.15（或1/6.75以及4/27 ） CO2 + 6e- + 6H+ = CH3OH + H2O 正

【解析】

（1）CO2的電子式為。

（2）應(yīng)用蓋斯定律計(jì)算ΔH3。反應(yīng)②正向的ΔS<0。

（3）①根據(jù)圖像中數(shù)值用公式υ=計(jì)算υ（CH3OH）。

②用“先拐先平”法分析，圖像中T2先出現(xiàn)拐點(diǎn)，T2反應(yīng)速率快，則T1<T2。

（4）用三段式和化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算。

（5）1molCO2得到6mol電子生成1molCH3OH，結(jié)合原子守恒、電荷守恒寫電極反應(yīng)式；該反應(yīng)為還原反應(yīng)，在原電池的正極上發(fā)生。

（1）CO2的電子式為。

（2）分析各熱化學(xué)方程式，應(yīng)用蓋斯定律，將②-①得，CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH3=ΔH2-ΔH1=（-58kJ/mol）-（-99kJ/mol）=+41kJ/mol。反應(yīng)②中氣體反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和為4，氣體生成物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和為2<4，反應(yīng)②正向的ΔS<0。

（3）①根據(jù)圖像，溫度為T1時(shí)，從反應(yīng)到平衡反應(yīng)生成CH3OH物質(zhì)的量為nAmol，生成甲醇的平均速率為υ（CH3OH）=mol/（L·min）=mol/（L·min）。

②用“先拐先平”法分析，圖像中T2先出現(xiàn)拐點(diǎn)，T2反應(yīng)速率快，根據(jù)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響知：T1<T2。

（4）用三段式， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）1 3 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）1×50%=0.5 1.5 0.5 0.5

c（平衡）（mol/L）0.5 1.5 0.5 0.5

在恒溫恒容時(shí)氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為（0.5+1.5+0.5+0.5）：（1+3）=3:4。該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.15。

（5）CO2中C元素的化合價(jià)為+4價(jià)，CH3OH中C元素的化合價(jià)為-2價(jià)，1molCO2得到6mol電子生成1molCH3OH，結(jié)合原子守恒、電荷守恒和酸性條件，CO2生成CH3OH的電極反應(yīng)式為CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O，該反應(yīng)為還原反應(yīng)，該電極為原電池的正極。