Question

【題目】工業(yè)上可用一氧化碳合成可再生能源甲醇。

(1)已知：Ⅰ.3CO(g)＋6H2(g) CH3CH＝CH2(g)＋3H2O(g) △H1＝-301.3kJ/mol；

Ⅱ.3CH3OH(g) CH3CH＝CH2(g)＋3H2O(g) △H2＝-31.0kJ/mol。

則CO與H2合成氣態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為___________________________________

(2)某科研小組在Cu2O/ZnO作催化劑的條件下，在500℃時(shí)，研究了n(H2)∶n(CO)分別為2∶1、5∶2時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率變化情況(如圖1所示)，則圖中表示n(H2)∶n(CO)＝2∶1的變化曲線為________(填“曲線a”或“曲線b”)，原因是_________________。

(3)某科研小組向密閉容器中充入一定量的CO和H2合成氣態(tài)甲醇，分別在A、B兩種不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，一段時(shí)間后測(cè)得CH3OH的產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖2所示。下列說(shuō)法正確的是____________(填選項(xiàng)字母)。

a.使用催化劑A能加快相關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率，但催化劑A并未參與反應(yīng)

b.在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，CH3OH的產(chǎn)率降低

c.當(dāng)2v(CO)正＝v(H2)逆時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

(4)一定溫度下，在容積均為2L的兩個(gè)恒容密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

容器	甲	乙
反應(yīng)物起始投入量	2 mol CO、6 mol H2	a mol CO、b mol H2、c mol CH3OH(g)(a、b、c均不為零)

若甲容器平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時(shí)的，則該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_______，要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則乙容器中c的取值范圍為_____________________________________。

(5)CO與日常生產(chǎn)生活相關(guān)。

①檢測(cè)汽車尾氣中CO含量，可用CO分析儀，工作原理類似于燃料電池，其中電解質(zhì)是氧化釔(Y2O3)和氧化鋯(ZrO2)晶體，能傳導(dǎo)O2－。則負(fù)極的電極反應(yīng)式為__________________。

②碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]毒性小，是一種綠色化工產(chǎn)品，用CO合成(CH3O)2CO，其電化學(xué)合成原理為4CH3OH＋2CO＋O22(CH3O)2CO＋2H2O，裝置如圖3所示：寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：________________________________________

Answer 1

【答案】CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝－90.1kJ/mol 曲線b H2的含量越低，CO的轉(zhuǎn)化率越低 bc 0.25 1﹤c﹤2 CO-2e-+O2-=CO2 2CH3OH+CO-2e-==(CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)利用蓋斯定律：Ⅰ×-Ⅱ×得CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ，再計(jì)算△H；

(2)n(H2)：n(CO)=5:2時(shí)，相當(dāng)于增大H2濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；

(3)a．催化劑參加化學(xué)反應(yīng)才能加快反應(yīng)速率；

b．在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，體積增大，分壓減小，平衡逆移；

c．反應(yīng)速率與計(jì)量系數(shù)成正比；

(4)根據(jù)理想氣體方程：PV=nRT，壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比，先計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的量，再計(jì)算平衡常數(shù)K=c(CH3OH) ，最后根據(jù)等效平衡分析c的取值范圍；

(5)①負(fù)極CO發(fā)生氧化反應(yīng)與O2-結(jié)合生成CO32-，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移、電荷守恒書寫負(fù)極電極反應(yīng)式；

②陽(yáng)極上是甲醇和一氧化碳反應(yīng)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成(CH3O)2CO，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移、電荷守恒書寫電極反應(yīng)。

(1)已知：Ⅰ.3CO(g)+6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H1=-301.3kJ/mol，Ⅱ.3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol，由蓋斯定律可知Ⅰ×-Ⅱ×得CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ，則△H =(-×301.3+×31.0) kJ/mol=-90.1kJ/mol，即CO與H2合成氣態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝－90.1kJ/mol；

(2)n(H2)：n(CO)=5:2時(shí)，相當(dāng)于增大H2濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，則n(H2)：n(CO)=2:1時(shí)H2的含量越低，平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率越低，即圖中表示n(H2)：n(CO)=2:1的變化曲線為曲線b；

(3)a．催化劑參加化學(xué)反應(yīng)才能加快反應(yīng)速率，故a錯(cuò)誤；

b．在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，體積增大，分壓減小，平衡逆移，CH3OH的產(chǎn)率降低，故b正確；

c．根據(jù)反應(yīng)速率與計(jì)量系數(shù)成正比，當(dāng)2V正(CO)=V逆(H2)時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，故c正確；

故答案為bc；

(4)已知甲中反應(yīng)物投入量為：2moLCO、6molH2，則：

根據(jù)理想氣體方程：PV=nRT，壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比，即=0.75，解得x=1mol，平衡常數(shù)K= =0.25；依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量等于CO的物質(zhì)的量為2mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時(shí)的物質(zhì)的量1mol，所以c的物質(zhì)的量為：1＜n(c)＜2；

(5)①負(fù)極CO發(fā)生氧化反應(yīng)與O2-結(jié)合生成CO32-，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CO+2O2--2e-=CO32-；

②陽(yáng)極上是甲醇和一氧化碳反應(yīng)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移、電荷守恒書寫電極反應(yīng)為2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+。