Question

2．煙道氣中的CO₂可用于合成甲醇和甲醚．
（1）如圖所示為其中的一種方法：

①用光電池電解水時，陽極的電極反應式為4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O．
②15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，則HOCH₂CH₂NH₃Cl的水溶液顯酸（填“酸”“堿”或“中”）性．
③已知，CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
則工業(yè)上以CO₂（g）、H₂（g）為原料合成CH₃OH（l）的熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9 kJ•mol^-1．
（2）將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醚的反應原理為2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
①在恒溫、恒容的密閉容器中，下列描述能說明上述反應已達化學平衡狀態(tài)的是bd（填序號）．
a．生成1mol CH₃OCH₃（g）的同時，生成3mol H₂O（l）
b．體系中混合氣體的密度不隨時間而變化
c．體系中CO₂與H₂的體積比為1：3
d．體系中的氣體的總壓強不隨時間而變化
②已知一定壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率見下表：

投料比$\frac{n{H}_{2}p}{nC{O}_{2}p}$	500K	600K	700K
1.5	45%	33%	20%
x	a	b	c

上述反應的化學平衡常數(shù)的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$．該反應的焓變△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”，下同），若使a＞45%，則x＞1.5．
③在一定溫度下，向體積為0.5L的密閉容器中加入2mol CO₂和6mol H₂，20min后達到平衡，測得平衡時CH₃OCH₃為0.5mol，則該反應的反應速率v（CO₂）=0.1mol•L^-1•min^-1，H₂的轉(zhuǎn)化率α（H₂）=50%；加入催化劑，v（CO₂）增大（填“增大”、“減小”或“不變”，下同），α（H₂）不變．

Answer 1

分析 （1）①用光電池電解水時，陽極是氫氧根離子失去電子生產(chǎn)氧氣；
②氨基結(jié)合水電離平衡中的氫離子，促進水電離平衡正向進行，氫氧根離子濃度增大，溶液顯堿性，形成HOCH₂CH₂NH₃Cl的水溶液是陽離子水解，溶液呈酸性；
③依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算所得熱化學方程式；
（2）①當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，注意選擇的物理量應隨反應發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；
②平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，注意水是純液體不寫入表達式，二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進行，兩種反應物增加一種物質(zhì)的量會提高另一種反應物轉(zhuǎn)化率；
③依據(jù)化學平衡三段式列式計算
              2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）   2        6            0           0
變化量（mol）   1        3            0.5         1.5
平衡量（mol）   1        3            0.5         1.5
反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，
催化劑改變反應速率不改變化學平衡分析．

解答 解：（1）①用光電池電解水時，陽極是氫氧根離子失去電子生產(chǎn)氧氣，陽極的電極反應式為4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；
故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；
②乙醇胺水溶液呈弱堿性是取代基氨基結(jié)合氫離子，使溶液中的氫氧根離子濃度增大，反應的離子方程式為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，則HOCH₂CH₂NH₃Cl的水溶液中，HOCH₂CH₂NH₃⁺水解結(jié)合水中的氫氧根離子，促進水的電離，溶液中氫離子濃度增大，溶液顯酸性，
故答案為：酸；
③Ⅰ、CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ•mol^-1
Ⅱ、H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，Ⅱ×3-Ⅰ得到工業(yè)上以CO₂（g）、H₂（g）為原料合成CH₃OH（l）的熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9 kJ•mol^-1 ；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9 kJ•mol^-1 ；
（2）①a．生成1mol CH₃CH₂OH的同時，生成3mol H₂O，反應始終按此比例進行，不能說明到達平衡，故a錯誤；
b．容器的容積不變，生成物質(zhì)中水為液體，混合氣體的總質(zhì)量改變，密度不隨時間而變化，能說明到達平衡，故b正確；
c．體系中CO₂與H₂的體積比為1：3，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．正反應為氣體物質(zhì)的量減小的反應，容器中氣體的壓強不隨時間而變化，說明到達平衡，故d正確，
故答案為：bd；　         
②平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，反應的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，
二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H＜0，兩種反應物增加一種物質(zhì)的量會提高另一種反應物轉(zhuǎn)化率，若使a＞45%，x＞1.5，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，＜，＞；

③2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol） 2        6             0          0
變化量（mol） 1        3            0.5        1.5
平衡量（mol） 1        3           0.5         1.5
反應速率v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1mol}{0.5L}}{20min}$=0.1mol/L•min，
H₂的轉(zhuǎn)化率α（H₂）=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{3mol}{6mol}$×100%=50%，
催化劑改變反應速率不改變化學平衡，加入催化劑加快二氧化碳的反應速率，平衡不移動，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，
故答案為：0.1；50%；增大；不變．

點評 本題考查了化學平衡的計算分析應用，平衡常數(shù)、反應速率，轉(zhuǎn)化率概念計算分析，熱化學方程式書寫，影響化學平衡的因素分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．