Question

【題目】甲醇(結(jié)構(gòu)式)是一種基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，應(yīng)用廣泛。工業(yè)上可利用廢氣中的CO2合成CH3OH，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－49 kJ·mol-1。

(1)已知反應(yīng)中的相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	O-H	C-O	C=O
E/(kJmol-1)	465	343	750

甲醇中C－H鍵比氫氣中H－H鍵____(填“強(qiáng)”或“弱”)。相同條件下該反應(yīng)的正反應(yīng)活化能Ea(正)＝210 kJ·mol-1，則逆反應(yīng)活化能Ea(逆)＝______kJ·mol-1。

(2)在1 L恒容密閉容器中充入CO2和H2，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表

實(shí)驗(yàn)編號	溫度/。C	起始時物質(zhì)的量/mol		平衡時物質(zhì)的量/mol
		n(CO2)	n(H2)	n(CH3OH)
①	150	0.23	0.19	0.03
②	200	0.10	0.26	0.02
③	200	0.17	a	0.01

實(shí)驗(yàn)①平衡常數(shù)K＝______，若在該溫度下起始時加入二氧化碳、氫氣、甲醇?xì)怏w和水蒸氣各0.10 mol，這時反應(yīng)向________移動(填“正反應(yīng)方向”、“逆反應(yīng)方向”或“不”)，判斷理由是______。

實(shí)驗(yàn)②達(dá)到平衡時H2轉(zhuǎn)化率為____。

實(shí)驗(yàn)③a＝_________。

(3)甲醇、空氣和稀硫酸可以形成燃料電池，其正極電極反應(yīng)式為________。

Answer 1

【答案】弱 259 4.5 逆反應(yīng)方向 Q= 23.08% 0.13

【解析】

(1)根據(jù)△H=反應(yīng)的總鍵能－生成物的總鍵能，有△H=(2×750＋3EH－H)kJ·mol－1－(3EC－H×2＋465×3)kJ·mol－1=－49kJ·mol－1，則EH－H－EC－H=63kJ·mol－1＞０，因此甲醇中C－H鍵比氫氣中H－H鍵弱；

根據(jù)△H=正反應(yīng)活化能－逆反應(yīng)的活化能=Ea(正)－Ea(逆)=－49kJ·mol－1，解得Ea(逆)=259KJ/mol；

(2)利用三等式求平衡常數(shù)，有

則實(shí)驗(yàn)①的平衡常數(shù)；

若在該溫度下起始時加入二氧化碳、氫氣、甲醇?xì)怏w和水蒸氣各0.10mol，此時的濃度商，則此時反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動；

實(shí)驗(yàn)②，開始投入H2的物質(zhì)的量為0.26mol，達(dá)到平衡時得到0.02molCH3OH，根據(jù)化學(xué)方程式，需要消耗0.06molH2，則氫氣的轉(zhuǎn)化率達(dá)到平衡時H2的轉(zhuǎn)化率，有；

實(shí)驗(yàn)③和實(shí)驗(yàn)②所處溫度相同，平衡常數(shù)相同，利用平衡常數(shù)相同，求a的值，利用三等式和實(shí)驗(yàn)②，求出該溫度下的平衡常數(shù)，有

則實(shí)驗(yàn)③的三等式，有

；

因溫度相同，則平衡常數(shù)相等

解得a=0.13；

(3)甲醇、空氣和稀硫酸可以形成燃料電池，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。