Question

【題目】化工發(fā)展是我國能源安全的重要保證。近年來，我國煤化工技術(shù)獲得重大突破，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇(CH3OH)是其中的一個研究項目。該研究發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

Ⅰ．CO與H2反應(yīng)合成甲醇

Ⅱ．CO2與H2反應(yīng)合成甲醇 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

(1)上述反應(yīng)Ⅰ是原子經(jīng)濟性反應(yīng)，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式___________。

(2)在工業(yè)上，為了提高上述反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率，除了采用合適的催化劑之外，還可以采取的措施是_______(填一項即可)。

(3)一定溫度下，在容積固定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，下列可以表明反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____。

a．單位時間消耗nmolCO2的同時，消耗3n mol的H2

b．容器內(nèi)CH3OH的濃度不再改變

c．容器內(nèi)氣體壓強不再改變

d．容器內(nèi)氣體密度不再改變

(4)生成1mol CH3OH放出 a kJ的能量，反應(yīng)Ⅰ中拆開1mol化學(xué)鍵所需的能量(E)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H—H	C—O	CO中的 CO	H—O	C—H
E(kJ)	m	n	E1	x	y

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計算拆開1molCO所需的能量E1＝______________kJ。

(5) H2還原CO2電化學(xué)法制備甲醇的工作原理如下圖所示：

通入H2 的一端是電池的________極(填“正”或“負”)，通入CO2的一端發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 升溫或增大壓強 bc -a+3y+n+x-2m 負 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

【解析】

化合反應(yīng)是原子經(jīng)濟性反應(yīng)，寫出CO與H2反應(yīng)合成甲醇的化學(xué)方程式。從化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素和化學(xué)平衡的判斷分析。從斷開化學(xué)鍵和形成新的化學(xué)鍵的能量差等于焓變進行計算。根據(jù)總的反應(yīng)化學(xué)方程式中化合價的變化，寫出各電極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

(1)上述反應(yīng)Ⅰ是原子經(jīng)濟性反應(yīng)，理想的原子經(jīng)濟反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實現(xiàn)廢物的“零排放”，故化學(xué)反應(yīng)方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)；

(2)提高上述反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率可以采用升溫，加壓等措施加快反應(yīng)速率；

(3)一定溫度下，在容積固定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

a．單位時間消耗nmolCO2的同時，消耗3n mol的H2，都表示正反應(yīng)方向的速率，不能代表處于平衡狀態(tài)，故a不符合題意；

b．反應(yīng)發(fā)生時容器內(nèi)CH3OH的濃度是一個變值，容器內(nèi)CH3OH的濃度不再改變代表化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b符合題意；

c．反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，也是一個壓強減小的反應(yīng)，當容器內(nèi)氣體壓強不再改變代表達到平衡狀態(tài)，故c符合題意；

d．由于是在容積固定的密閉容器中，則氣體的密度是一個定值，若容器內(nèi)氣體密度不再改變，不能代表反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d不符合題意；

答案選bc。

(4)生成1mol CH3OH放出 a kJ的能量，反應(yīng)Ⅰ為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，則反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵鍵能之和減去生成物形成化學(xué)鍵鍵能之和等于生成1mol CH3OH放出的熱量，得到的式子為：E1+2m-(3y+n+x)=-a，得到E1=-a+3y+n+x-2m；

(5) H2還原CO2電化學(xué)法制備甲醇的總反應(yīng)為CO2+3H2=CH3OH+H2O，二氧化碳的化合價降低，在正極上得電子，正極反應(yīng)為：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O，氫氣的化合價升高，作負極，電極反應(yīng)為3H2-6e-=6H+。