Question

【題目】高純二氧化碳主要用于醫學研究及臨床診斷及電子工業；含碳的有機物醇、醛在生產生活中有廣泛運用。

I．(1)工業上用CO2和H2在一定條件下反應可合成二甲醚，已知：

2CO2(g)+6H2(g)＝2CH3OH(g)+2H2O(g) △H1＝－107.4kJ/mol

2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝－23.4kJ/mol

則2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3＝________kJ/mol

(2)在一定條件下將CO2和H2充入一固定容積的密閉容器中，在兩種不同溫度下發生反應：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，測得CH3OCH3(g)的物質的量隨時間的變化如圖所示。

①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KI_______KⅡ(填“＞”“=”或“＜”)。

②一定溫度下，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態的是________(填序號)。

a．混合氣體密度不變

b．二甲醚和水蒸氣的反應速率之比保持不變

c．v正(H2)=2v逆(H2O)

d．2個C=O斷裂的同時有3個H－O斷裂

(3)合成氣CO和H2在一定條件下能發生如下反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H。在某壓強下，合成甲醇的反應在不同溫度、不同投料比時，CO的轉化率如圖所示。

①600K溫度下，將1molCO和4molH2充入2L的密閉容器中，5min后反應達到平衡狀態，則0～5min內的平均反應速率v(H2)＝___________。

②若投料比保持不變，升高溫度，該反應平衡向_______方向移動(填“正反應”或“逆反應”)。

③上述合成甲醇的過程中提高CO的轉化率可采取的措施有______。(列舉一種即可)。

Ⅱ．用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水的原理為：

使用惰性電極電解，乙醛分別在陰、陽極轉化為乙醇和乙酸，總反應為：2CH3CHO+H2OCH3CH2OH+CH3COOH。實驗室中，以一定濃度的乙醛—Na2SO4溶液為電解質溶液，模擬乙醛廢水的處理過程。

①電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產生無色氣體，陽極產生氣體的電極反應為：______。

②在實際工藝處理過程中，陰極區乙醛的去除率可達80%。若在兩極區分別注入1m3乙醛含量為400mg/L的廢水，可得到乙醇________kg(計算結果保留2位小數)。

Answer 1

【答案】－130.8 ＜ cd 0.12mol/(L·min) 逆反應 增大壓強、降低溫度、分離出甲醇、增大氫氣的濃度等 2H2O－4e－＝O2+4H+或4OH－－4e－＝O2+2H2O 0.33

【解析】

I．(1)2CO2(g)+6H2(g)＝2CH3OH(g)+2H2O(g) △H1＝－107.4kJ/mol ①

2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝－23.4kJ/mol ②

利用蓋斯定律，將①+②得：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3＝(－107.4)+(－23.4)kJ/mol=－130.8 kJ/mol。答案為：－130.8；

(2)①從曲線中可以看出，曲線I先達平衡，則曲線I的溫度高，此時n(CH3OCH3)小，則升高溫度平衡逆向移動，正反應為放熱反應，所以曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KI＜KⅡ。

②a．因為混合氣體的體積不變、質量不變，所以混合氣體密度始終不變，密度不變時不一定達平衡狀態，a不符合題意；

b．二甲醚和水蒸氣都是生成物，二者的反應速率之比始終等于化學計量數之比，速率之比保持不變時，不一定達平衡狀態，b不符合題意；

c．v正(H2)=2v逆(H2O)時，反應方向相反，速率之比等于化學計量數之比，反應達平衡狀態，c符合題意；

d．2個C=O斷裂，同時有3個H－O斷裂，則表明若有2個CO2分子參加反應，則同時有3個H2O發生反應，反應的方向相反，則變化量之比等于化學計量數之比，反應達平衡狀態，d符合題意；故選cd。答案為：＜；cd；

(3)①600K溫度下，將1molCO和4molH2充入2L的密閉容器中，此時投料比為4，CO的轉化率為60%，參加反應的CO物質的量為0.6mol，則生成H2的物質的量為1.2mol，5min后反應達到平衡狀態，則0～5min內的平均反應速率v(H2)＝=0.12mol/(L·min)。

②若投料比保持不變，升高溫度，CO的轉化率減小，表明該反應平衡向逆反應方向移動。

③上述合成甲醇的反應，是放熱的、體積縮小的可逆反應，所以提高CO的轉化率可采取的措施有增大壓強、降低溫度、分離出甲醇、增大氫氣的濃度等。

答案為：0.12mol/(L·min)；逆反應；增大壓強、降低溫度、分離出甲醇、增大氫氣的濃度等；

Ⅱ．①電解Na2SO4溶液的實質是電解水，電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產生無色氣體，陽極為H2O失電子生成H+和O2，或OH－失電子生成O2和H2O，產生氣體的電極反應為：2H2O－4e－＝O2+4H+或4OH－－4e－＝O2+2H2O。

②在陰極區，發生反應為：2H2O+2e-＝2OH-+H2↑，CH3CHO+H2→CH3CH2OH，在實際工藝處理過程中，陰極區乙醛的去除率可達80%。若在兩極區分別注入1m3乙醛含量為400mg/L的廢水，則陰極可得到乙醇的質量為=0.33kg。答案為：2H2O－4e－＝O2+4H+或4OH－－4e－＝O2+2H2O；0.33。