Question

【題目】甲醇來源豐富、價(jià)格低廉、運(yùn)輸貯存方便，是一種重要的化工原料，有著重要的用途和應(yīng)用前景，可以用多種方法合成。

Ⅰ.用CO2生產(chǎn)甲醇

（1）已知：H2的燃燒熱為-285.8kJ/mol，CH3OH(l)的燃燒熱為-725.8kJ/mol，

CH3OH(g)=CH3OH(l) ΔH=-37.3kJ/mol

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)ΔH=__kJ/mol。

（2）將CO2和H2按物質(zhì)的量之比1：3充入體積為2.0L的恒容密閉容器中反應(yīng)，如圖1兩條曲線分別表示壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO2轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系。

其中a點(diǎn)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：__。

②a，b兩點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)速率分別用Va、Vb表示，則Va__Vb(填“大于”、“小于”或“等于”)。

（3）在1.0L恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度及壓強(qiáng)下，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量變化如圖2所示，下列說法正確的是__。

A.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

B.壓強(qiáng)大小關(guān)系為p1<p2<p3

C.M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K的值約為1.04×10-2

D.在p2及512K時(shí)，圖中N點(diǎn)v(正)<v(逆)

Ⅱ.用CO生產(chǎn)甲醇

（4）已知：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，如圖3是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。

①該反應(yīng)的焓變?chǔ)?/span>H__0(填“ ”、“ ”或“ ”)。

②T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1___K2(填“>”、“<”或“=”)。

Ⅲ.甲醇的應(yīng)用

（5）甲醇制氫氣。甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)：CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49kJ/mol。某溫度下，將[n(H2O)：n(CH3OH)]=1：1的原料氣充入恒容密閉容器中，初始?jí)簭?qiáng)為p1，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)總壓強(qiáng)為p2，則平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為___。

（6）以甲醇為主要原料，電化學(xué)合成碳酸二甲酯的工作原理如圖4所示。陽極的電極反應(yīng)式為__。

Answer 1

【答案】-94.3 K= 大于 AC < > ×100% 2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)由CO、H2、CH3OH(g)的燃燒熱可得熱化學(xué)方程式：①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H1=-285.8kJmol-1，②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H2=-725.8kJ/mol，③CH3OH(g)=CH3OH (l)△H3=-37.3 kJ/mol，由蓋斯定律可知，3×①-②-③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，據(jù)此求算△H；

(2)平衡常數(shù)K=；溫度相同時(shí)，依據(jù)壓強(qiáng)與二氧化碳的轉(zhuǎn)化率關(guān)系判斷A、B所在曲線的壓強(qiáng)高低，結(jié)合溫度多速率的影響判斷Va與Vb；依據(jù)原子利用率=期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比解答；

(3)結(jié)合圖象和影響平衡的因素分析；

(4)①由圖象可知升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)；

②由圖象可知升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，則K減小；

(5)恒溫恒容下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，計(jì)算平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量，再利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)甲醇的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算甲醇的轉(zhuǎn)化率；

(6)陽極上甲醇失電子和CO反應(yīng)生成碳酸二甲酯。

(1)由CO、H2、CH3OH(g)的燃燒熱可得熱化學(xué)方程式：①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H1=-285.8kJmol-1，②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H2=-725.8kJ/mol，③CH3OH(g)=CH3OH (l)△H3=-37.3 kJ/mol，由蓋斯定律可知，3×①-②-③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，故△H=3×△H1-△H2-△H3=3×(-285.8kJ/mol )-(-725.8kJ/mol )-(-37.3kJ/mol )=-94.3kJ/mol；

(2)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=；溫度相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO2的轉(zhuǎn)化率增大，所以曲線A所在點(diǎn)壓強(qiáng)高為0.5MP，由于A點(diǎn)溫度高與B點(diǎn)，所以Va大于Vb；

(3)A．由圖可知，隨著溫度升高，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量在減小，所以升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；

B．由圖可知，作一條等溫線，因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量也越大，所以p1＞p2＞p3，故B錯(cuò)誤；

C．由圖可知，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲醇產(chǎn)量為0.25mol，則：

又體積為1.0L，所以K===1.04×10-2，故C正確；

D．由圖可知，在p2及512 K時(shí)，N點(diǎn)甲醇的物質(zhì)的量還小于平衡時(shí)的量，所以應(yīng)該正向移動(dòng)，則v(正)＞v(逆)span>，故D錯(cuò)誤；

故答案為：AC；

(4)①由圖象可知升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)吸熱，正反應(yīng)放熱，△H＜0；

②由圖象可知升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，則K減小，即K1＞K2；

(5)設(shè)起始 n(H2O)=n(CH3OH)=1mol，恒溫恒容下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量2mol×，

故甲醇的轉(zhuǎn)化率為×100%=×100%；

(6)陽極上甲醇失電子和CO反應(yīng)生成碳酸二甲酯，電極反應(yīng)式為2CH3OH+CO-2e-═(CH3O)2CO+2H+。