Question

【題目】化學(xué)平衡原理是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，請回答下列問題：

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上可用合成氣（主要成分CO、H2）制備甲醇。

（1）己知：CO、H2、CH3OH、的燃燒熱（△H）分別為-283.0kJ/mol、-241.8kJ/mol、-192.2 kJ/mol，請寫出合成氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式 。

（2）若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1 mol CO、2 mol H2，發(fā)生CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）反應(yīng)，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻為平衡狀態(tài)的是______（填選項(xiàng)字母）。

（3）在T1℃時(shí)，在體積為5 L的恒容容器中充入3 mol的合成氣，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)與n（H2）／n（CO）的關(guān)系如圖所示。H2和CO按2:1投入時(shí)經(jīng)過5 min達(dá)到平衡，則5 min內(nèi)用H2表示的反應(yīng)速率為v（H2）=_______。溫度不變，當(dāng)時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)可能是圖象中的______點(diǎn)。

（4）含有甲醇的廢水隨意排放會造成水污染，可用ClO2將其氧化為CO2，然后再加堿中和即可。寫出處理甲醇酸性廢水過程中，ClO2與甲醇反應(yīng)的離子方程式：________________________。

（5）水的自偶電離可表示為H2O+H2OH3O++OH-。與水電離相似，甲醇也能發(fā)生自偶電離，請寫出甲醇的自偶電離方程式_______________________________________，往甲醇中加入少量金屬鈉反應(yīng)生成甲醇鈉，則反應(yīng)后的混合液中的電荷守恒式_____________________________。

Answer 1

【答案】（1）CO（g）+2H2（g）CH3OH（l） △H= -574.4kJ/mol （3分） （2）D（2分）

（3）0.06 molL-1min-1 （2分）、F（2分）

（4）6ClO2 +5CH3OH＝5CO2 +6Cl -+6H++7H2O（2分）

（5）CH3OH+CH3OHCH3OH2++CH3O -（2分） c（CH3OH2+）+ c（Na+）＝c（CH3O -）（2分）

【解析】

試題分析：（1）己知：CO、H2、CH3OH、的燃燒熱（△H）分別為-283.0kJ/mol、-241.8kJ/mol、-192.2 kJ/mol，則①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1

②2H2（g） + O2（g） = 2H2O（l） △H=－483.6kJ/mol

③CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-192.2kJmol-1

由蓋斯定律可知①+②-③得反應(yīng)CO（g） + 2H2（g）＝CH3OH（l的△H＝（-283-483.6+192.2）kJmol-1＝－574.4kJ/mol。

（2）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，而t1時(shí)刻V正最大，之后速率減小，A錯(cuò)誤；B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，為最小，圖像與實(shí)際符合，B錯(cuò)誤；C、t1時(shí)刻后一氧化碳、甲醇的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t1時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；D、t1時(shí)刻，CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，處于平衡狀態(tài)，圖像與實(shí)際符合，D正確；答案選D。

（3）根據(jù)圖像可知H2和CO按2:1投入平衡時(shí)甲醇的含量是0.5，則根據(jù)方程式可知

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol） 1 2 0

平衡量（mol） n 2n n

轉(zhuǎn)化量（mol）1－n 2－2n n

因此有

解得n＝0.75

所以5 min內(nèi)用H2表示的反應(yīng)速率為＝0.06 molL-1min-1。

溫度不變，當(dāng)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增加，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，因此產(chǎn)生的甲醇的物質(zhì)的量減小，所以達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)降低，因此可能是圖象中的F點(diǎn)。

（4）反應(yīng)中Cl元素化合價(jià)從＋4價(jià)降低到－1價(jià)，得到5個(gè)電子。碳元素化合價(jià)從－2價(jià)升高到＋4價(jià)，失去6個(gè)電子，因此根據(jù)電子得失守恒可知ClO2與甲醇反應(yīng)的離子方程式為6ClO2 +5CH3OH＝5CO2 +6Cl -+6H++7H2O。

（5）根據(jù)水的自偶電離可表示為H2O+H2OH3O++OH-可知甲醇的自偶電離方程式為CH3OH＋CH3OHCH3OH2+＋CH3O -，往甲醇中加入少量金屬鈉反應(yīng)生成甲醇鈉，則反應(yīng)后的混合液中的電荷守恒式為c（CH3OH2+）+ c（Na+）＝c（CH3O -）。