Question

【題目】銠基催化劑催化CO加氫合成甲醇(CH3OH)、乙醛(CH3CHO)、乙醇等碳的含氧化合物是近年來化學(xué)界比較活躍的研究課題之一。

（1）已知：（�。〤O(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol

（ⅱ）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-24.5kJ/mol

（ⅲ）C2H5OH(g)CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJ/mol

則由CO催化加氫制備乙醇?xì)怏w(另一產(chǎn)物為水蒸汽)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為________。

（2）直接甲醇燃料電池(DMFC)成本低、效率高，某研究所嘗試用DMFC電解處理含氰電鍍廢水。調(diào)節(jié)廢水pHl0~12.5，電解過程中，CNˉ先被氧化成CNOˉ(兩種離子中氮元素均為-3價(jià))，再進(jìn)一步氧化為碳酸鹽和N2。

①請(qǐng)寫出CNOˉ被氧化的電極反應(yīng)式________。

②欲處理1m3CNˉ含量為390mg/L的電鍍廢水，至少需準(zhǔn)備________kg甲醇。

（3）在2.0L密閉容器中放入1 molCO與2molH2，在反應(yīng)溫度T1時(shí)進(jìn)行如下反應(yīng)：

CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)，反應(yīng)時(shí)間(t)與容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量(n)的數(shù)據(jù)見下表：

時(shí)間t/min	0	1	2	3	4	5	6
總物質(zhì)的量n/mol	3.0	2.7	2.5	2.3	2.1	2.0	2.0

①在0~5min時(shí)段，反應(yīng)速率v(CH3OH)為________；有利于提高上述反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的條件是________。

A.高溫高壓 B.低溫低壓 C.高溫低壓 D.低溫高壓

②計(jì)算溫度T1時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K1________；T1時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T2，平衡常數(shù)增大，則T2________T1(填“大于”“小于”)，判斷理由是________。

Answer 1

【答案】 2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=-255.4kJ/mol 2CNO-+8OH--6e-=2CO32-+N2↑+4H2O 0.4 0.05mol·L-l·min-1 D 1(L/mol)2 小于 平衡常數(shù)增大，說明反應(yīng)向正方向進(jìn)行，反應(yīng)正方向放熱，故溫度降低

【解析】（1）由CO催化加氫制備乙醇?xì)怏w(另一產(chǎn)物為水蒸汽)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g)，根據(jù)已知方程式：（�。〤O(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol（ⅱ）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-24.5kJ/mol

（ⅲ）C2H5OH(g)CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJ/mol 要得到目標(biāo)方程，則（ⅰ）×2+（ⅱ）-（ⅲ），故目標(biāo)方程的反應(yīng)熱為：△H=△H1×2+△H2-△H3=-255.4kJ/mol，故熱化學(xué)方程式為：2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=-255.4kJ/mol；

（2）①根據(jù)題意，電解過程中，廢水為堿性，CNOˉ（C是+4價(jià)、N是-3價(jià)）被氧化為碳酸鹽和N2，故其電極先寫：2CNO-- = 2CO32-+N2↑ C的化合價(jià)沒變，生成1mol N2，失去6mol電子，2CNO- -6e-= 2CO32-+ N2↑，左邊缺氧，故左邊再加上OH-，右邊生成水，故其電極反應(yīng)為：2CNO-+8OH--6e-=2CO32-+N2↑+4H2O；

②1m3 CNˉ含量為390mg/L的電鍍廢水中，n（CNˉ）=15mol，處理15mol CNˉ，CNˉ先被氧化成CNOˉ，消耗30mol電子，根據(jù)①中電極反應(yīng)，該電解轉(zhuǎn)移45mol電子，共需要75mol電子，若用甲醇燃料電池做該電解池的電源，1mol甲醇提供6mol電子，故需要12..5mol甲醇，故至少需準(zhǔn)備甲醇的質(zhì)量為12.5400g=0.4kg；

（3） CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol

起始（mol） 1 2 0

轉(zhuǎn)化（mol） x 2x x

5min（mol） 1-x 2-2x x

5min時(shí)： 1-x + 2-2x +x =2 x=0.5

反應(yīng)速率v(CH3OH)= = 0.05mol·L-l·min-1；

由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，高溫平衡逆向移動(dòng)，高壓平衡正向移動(dòng)，故要提高反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率，則平衡應(yīng)正向移動(dòng)，故應(yīng)選條件為低溫高壓，故選D；

②溫度T1時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K1===1;

T1時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T2，平衡常數(shù)增大，說明平衡正向移動(dòng)，溫度應(yīng)該降低，故T2小于T1。