Question

6．甲醇（CH₃OH）是重要的溶劑和替代燃料．


（1）CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，可以在一定條件下制備甲醇．
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，該反應平衡常數(shù)的表達式為$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$．若壓強、投料比x[n（CO）/n（H₂）]對該反應的影響如圖1所示，則圖中曲線所示的壓強關系：p₁＜ p₂ （填“=”“＞”或“＜”）．
（2）NH₄Cl（s）═NH₃（g）+HCl（g）△H=+163.9kJ•mol^-1
HCl（g）+CH₃OH（g）→CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
寫出氯化銨和甲醇反應的熱化學方程式：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1，該反應在一定條件下能自發(fā)進行的原因是△S＞0．

由圖2知，HCl和CH₃OH的混合氣體通過催化劑時的最佳流速在20L•min^-1～30L•min^-1之間．流速過快，會導致氯甲烷產(chǎn)率下降，原因是流速過高反應物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低，導致產(chǎn)率降低．流速過慢，會使副產(chǎn)物二甲醚增多，其反應為2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O，生產(chǎn)中常通入適量的水蒸氣，該操作對制備CH₃Cl的影響是對主副反應有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率．
（3）將有機污水去除氧氣后加入到如圖3所示的微生物電解池內(nèi)，可以實現(xiàn)污水處理和二氧化碳還原制甲醇．寫出電解時陰極的電極反應式CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時，各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動，氫氣的含量降低；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的計算；
當△G=△H-T△S＜0，反應可以自發(fā)進行；
流速過高反應物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低；
主、副反應中都有水生成，對主、副反應有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率；
（3）陰極發(fā)生還原反應，由電解池圖結構可知，二氧化碳獲得電子，在氫離子參與反應條件下生成甲醇．

解答 解：（1）可逆反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），其平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$；
由圖可知，壓強P₁時的百分含量大于壓強P₂的百分含量，由于正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動，氫氣的含量降低，故壓強P₁＜P₂，
故答案為：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$；＜；
（2）已知：①NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+163.9kJ•mol^-1
②HCl（g）+CH₃OH（g）→CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1；
當△G=△H-T△S＜0，正反應為吸熱反應，由于反應△S＞0，再高溫下可以自發(fā)進行；
流流速過高反應物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低，導致產(chǎn)率降低；
主、副反應中都有水生成，對主、副反應有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率；
故答案為：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1；△S＞0；流速過高反應物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低，導致產(chǎn)率降低；對主副反應有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率；
（3）陰極發(fā)生還原反應，由電解池圖結構可知，二氧化碳獲得電子，在氫離子參與反應條件下生成甲醇，陰極電極反應式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

點評 本題考查化學平衡常數(shù)含義及影響因素、熱化學方程式的書寫、可逆反應條件控制、電極反應式書寫等，側重考查學生對知識的遷移應用，難度中等．