Question

【題目】工業(yè)上可用一氧化碳合成可再生能源甲醇。

(1)已知：Ⅰ.3CO(g)＋6H2(g)CH3CH＝CH2(g)＋3H2O(g) △H1＝－301.3kJ/mol；

Ⅱ.3CH3OH(g)CH3CH＝CH2(g)＋3H2O(g) △H2＝－31.0kJ/mol。

則CO與H2合成氣態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為___________________________________

(2)某科研小組在Cu2O/ZnO作催化劑的條件下，在500℃時(shí)，研究了n(H2)：n(CO)分別為2：1、5：2時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率變化情況(如圖1所示)，則圖中表示n(H2)：n(CO)＝2：1的變化曲線為___________(填“曲線a”或“曲線b”)，原因是_______________________________。

(3)某科研小組向密閉容器中充入一定量的CO和H2合成氣態(tài)甲醇，分別在A、B兩種不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，一段時(shí)間后測得CH3OH的產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖2所示。下列說法正確的是____________(填選項(xiàng)字母)。

a.使用催化劑A能加快相關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率，但催化劑A并未參與反應(yīng)

b.在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，CH3OH的產(chǎn)率降低

c.當(dāng)2v(CO)正＝v(H2)逆時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

(4)一定溫度下，在容積均為2L的兩個(gè)恒容密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

若甲容器平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時(shí)的，則該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝______，要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則乙容器中c的取值范圍為_____________________________________。

(5)CO與日常生產(chǎn)生活相關(guān)。

①檢測汽車尾氣中CO含量，可用CO分析儀，工作原理類似于燃料電池，其中電解質(zhì)是氧化釔(Y2O3)和氧化鋯(ZrO2)晶體，能傳導(dǎo)O2－。則負(fù)極的電極反應(yīng)式為__________________。

②碳酸二甲醋[(CH3O)2CO]毒性小，是一種綠色化工產(chǎn)品，用CO合成(CH3O)2CO，其電化學(xué)合成原理為4CH3OH＋2CO＋O22(CH3O)2CO＋2H2O，裝置如圖3所示：

寫出陽極的電極反應(yīng)式：________________________________________

Answer 1

【答案】CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90.1kJ/mol 曲線b H2的含量越低，CO的轉(zhuǎn)化率越低 bc 0.25 1<c<2 CO+O2--2e-=CO2 2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律解題；

（2）增加反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，增加的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率下降，其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率上升；

（3）催化劑可以同等程度加快反應(yīng)速率，參加中間反應(yīng)；根據(jù)平衡移動(dòng)分析；

（4）利用三行式法計(jì)算k；根據(jù)等效平衡分析；

（5）根據(jù)負(fù)極氧化失電子，陽極氧化失電子分析。

(1)根據(jù)蓋斯定律，（Ⅰ-Ⅱ）/3可得，CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90.1kJ/mol；

答案：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90.1kJ/mol

(2) 因?yàn)樵黾臃磻?yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，增加的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率下降，其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率上升，則n（H2）/n(CO)越小，CO的轉(zhuǎn)化率越小，故曲線b表示n（H2）/n(CO)=2:1的變化曲線；

答案：曲線b H2的含量越低，CO的轉(zhuǎn)化率越低

(3) a.催化劑參與相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，但化學(xué)反應(yīng)前后，催化劑的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變，故a不正確；

b.在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，體積增大，平衡逆向移動(dòng)，CH3OH的產(chǎn)率降低，故b正確；

c.當(dāng)2v(CO)正＝v(H2)逆時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；

答案：bc

(4)設(shè)一氧化碳的反應(yīng)量為x，根據(jù)甲

CO(g)＋ 2H2(g) CH3OH(g)

n（初）2mol 6mol 0mol

△n xmol 2xmol xmol

n（平）（2-x）mol （6-2x）mol xmol

根據(jù)=，得x=1，則容器的容積為2L，平衡后c（CO）=0.5mol/L，c（H2）=2mol/L，c（CH3OH）=0.5mol/L，則K==或0.25；要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，甲、乙必為等效平衡，因?yàn)槠鹗紩r(shí)要維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，可以根據(jù)平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量為1mol，確定c的物質(zhì)的量大于1；根據(jù)假設(shè)甲容器反應(yīng)進(jìn)行到底生成甲醇2mol，確定c的物質(zhì)的量小于2，得出乙容器中c的取值范圍為1<c<2；

答案：或0.25 1<c<2

(5)①由于電解質(zhì)為金屬氧化物，則負(fù)極CO發(fā)生氧化反應(yīng)與O2-結(jié)合生成CO2，電極反應(yīng)式為：CO+O2--2e-=CO2

②陽極氧化失電子，電極反應(yīng)式為2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+；

答案：CO+O2--2e-=CO2 2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+