Question

13．碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中有重要作用，甲醇水蒸氣重整制氫系統(tǒng)可能發(fā)生下列三個反應(yīng)：
①CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.8kJ/mol
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
請回答下列問題：
（1）△H₃=-41.8kJ/mol．
（2）溫度升高對反應(yīng)②的影響是反應(yīng)速率加快，有利于向正反應(yīng)方向移動．
（3）甲醇使用不當(dāng)會導(dǎo)致污染，可用電解法消除這種污染．其原理是電解CoSO₄、稀硫酸和CH₃OH的混合溶液，將Co²⁺氧化為Co³⁺，Co³⁺再將CH₃OH氧化成CO₂．
①電解時，陽極的電極反應(yīng)式為Co²⁺-e^-═Co³⁺．
②Co³⁺氧化CH₃OH的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
（4）控制反應(yīng)條件，反應(yīng)①中的產(chǎn)物也可以用來合成甲醇和二甲醚，其中合成二甲醚的化學(xué)方程式為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在相同條件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡轉(zhuǎn)化率隨氫碳比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$的變化如圖所示：
①合成二甲醚的最佳氫碳比為1：1．
②對于氣相反應(yīng)，用某組分B的平衡分壓P_B代替物質(zhì)的量濃度c（B）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），水煤氣合成二甲醚反應(yīng)的平衡常數(shù)K_P表達(dá)式為$\frac{p（C{H}_{3}OC{H}_{3}）p（C{O}_{2}）}{{p}^{3}（{H}_{2}）{p}^{3}（CO）}$．
（5）在標(biāo)態(tài)（反應(yīng)物和產(chǎn)物都處于100kPa）和T（K）條件下由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物的焓變稱為該物質(zhì)在T（K）時的標(biāo)準(zhǔn)焓，用符號△H⁰表示．已知石墨和一氧化碳的燃燒熱△H分別為-393.5kJ/mol和-283.0kJ/mol，則CO（g）的△H⁰為-110.5kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式的焓變；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升溫增大反應(yīng)速率平衡正向進(jìn)行；
（3）①將Co²⁺氧化為Co³⁺，電極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
②Co³⁺將甲醇氧化為二氧化碳，本身被還原為Co，電解質(zhì)環(huán)境是酸性的，根據(jù)電子守恒配平方程式即可；
（4）①依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系分析按照化學(xué)方程式中定量關(guān)系是恰好反應(yīng)的最佳比；
②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K_P表達(dá)式為生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡分壓冪次方乘積；
（5）依據(jù)燃燒熱的定義可寫出相應(yīng)的熱化學(xué)方程式，再利用蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.8kJ/mol
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算②-①得到③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.8 kJ/mol，
故答案為：-41.8 kJ/mol；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率加快，升高溫度有利于反應(yīng)②向正反應(yīng)方向移動，
故答案為：反應(yīng)速率加快，有利于向正反應(yīng)方向移動；
（3）①其原理是電解CoSO₄、稀硫酸和CH₃OH的混合溶液，將Co²⁺氧化為Co³⁺，Co³⁺再將CH₃OH氧化成CO₂．
電解池中該電極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Co²⁺-e^-═Co³⁺，
故答案為：Co²⁺-e^-═Co³⁺；
②Co³⁺將甲醇氧化為二氧化碳，本身被還原為Co，即6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6 H⁺；
（3）①Co²⁺-e^-═Co³⁺；
②6 Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6 Co²⁺+6 H⁺（2分）
（4）①3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），圖象分析可知在相同條件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡轉(zhuǎn)化率隨氫碳比1：1，
故答案為：1：1；
②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K_P表達(dá)式為生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡分壓冪次方乘積$\frac{p（C{H}_{3}OC{H}_{3}）p（C{O}_{2}）}{{p}^{3}（{H}_{2}）{p}^{3}（CO）}$，
故答案為：$\frac{p（C{H}_{3}OC{H}_{3}）p（C{O}_{2}）}{{p}^{3}（{H}_{2}）{p}^{3}（CO）}$；
（5）石墨和一氧化碳的燃燒熱△H分別為-393.5kJ/mol和-283.0kJ/mol，的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為
①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算①-②，得到C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H⁰=-110.5 kJ/mol，
CO（g）的△H⁰為-110.5 kJ/mol，
故答案為：-110.5 kJ/mol．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、電解池原理分析和電極反應(yīng)書寫、主要是反應(yīng)生成焓的計算，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．