Question

5．二甲醚是一種重要的化工原料，利用水煤氣（CO、H₂）合成二甲醚是工業(yè)上的常用方法，該方法由以下幾步組成：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1            ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1      ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ•mol^-1      ③
（1）下說法正確的是A
A．反應①的△S＜0、△H＜0，所以能在較低溫度下自發(fā)進行．
B．反應③的H₂O與CO的生成速率之比為1：1時，表示該反應已經達到平衡狀態(tài)
C．反應②屬于加成反應
（2）反應①合成的甲醇在工業(yè)上可以用作燃料電池，請寫出甲醇燃料電池（KOH溶液）負極電極反應式CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，電池總反應式2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．
（3）當合成氣中CO與H₂的物質的量之比恒定時，溫度、壓強對CO轉化率影響如圖1所示，圖1中A點的v（逆）＜B點的v（正）（填“＞”、“＜”或“=”），說明理由B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率．
（4）一定溫度下，密閉容器中發(fā)生反應③，該反應的平衡常數表達式k=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；水蒸氣的轉化率與n（H₂O）∕n（CO）的關系如圖2，計算該溫度下反應③的平衡常數K=1．在圖2中作出一氧化碳的轉化率與n（H₂O）∕n（CO）的曲線．

Answer 1

分析 （1）A．根據△G=△H-T△S判斷；
B．反應進行到任何時候H₂O與CO的生成速率之比都為1：1；
C．反應②屬于取代反應；
（2）燃料電池的負極上是燃料發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應，堿性條件下甲醇被氧化生成碳酸根離子；
（3）B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率；
（4）根據化學平衡常數概念寫K；由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時水的轉化率為0.5，令水、CO的起始物質的量均為1mol，轉化的水為0.5mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        1       0       0
變化量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
由于反應前后氣體物質的量不變，用物質的量代替濃度代入K計算，
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，CO與水的轉化率相等為50%．

解答 解：（1）A．反應①的△S＜0、△H＜0，根據△G=△H-T△S判斷：在較低溫度下自發(fā)進行，故A正確；
B．反應進行到任何時候H₂O與CO的生成速率之比都為1：1，故B錯誤；
C．反應②屬于取代反應，故C錯誤；
故答案為：A；
（2）燃料電池中，負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，堿性條件下甲醇被氧化生成碳酸根離子，總方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O；
（3）B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率，故A點的v（逆）＜B點的v（正）；
故答案為：＜；B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時水的轉化率為0.5，令水、CO的起始物質的量均為1mol，轉化的水為0.5mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      1        0       0
變化量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
由于反應前后氣體物質的量不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數，則平衡常數K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，CO與水的轉化率相等為50%，一氧化碳的轉化率與$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的曲線變化為：，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；1；．

點評 本題考查化學計算與影響因素、化學平衡圖象、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡常數、反應自發(fā)性等，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，（3）中作圖為易錯點，學生容易忽略交點時時轉化率問題．