Question

【題目】甲醇、乙醇來源豐富、價格低廉、運輸貯存方便，都是重要的化工原料，有著重要的用途和應用前景，可以用多種方法合成。

I．用CO2生產甲醇、乙醇

(1)已知：H2的燃燒熱為-285.8 kJ/mol，CH3OH(l)的燃燒熱為-725.8kJ/mol，CH3OH(g)=CH3OH(l) △H= -37.3 kJ/mol，則CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+ H2O(1) △H=____kJ/mol。

(2)將CO2和H2按物質的量之比1:3充入體積為2.0L的恒容密閉容器中反應[生成 H2O(g)]，如圖1表示壓強為0.1 MPa和5.0 MPa下CO2轉化率隨溫度的變化關系。

①a、b兩點化學反應速率分別用Va、Vb，表示，則Va ___Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）。

②列出a點對應的平衡常數表達式K= ____________________。

(3)在1.0 L恒容密閉容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2發生反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g)+H2O(g)，實驗測得不同溫度及壓強下，平衡時甲醇的物質的量變化如圖2所示，下列說法正確的是_____。

A.該反應的正反應為放熱反應

B．壓強大小關系為p1＜p2＜p3

C．M點對應的平衡常數K的值約為1.04×10－2

D．在p2及512 K時，圖中N點υ(正)＜υ(逆)

(4)CO2催化加氫合成乙醇的反應為：2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g) +3H2O(g) △H；m代表起始時的投料比，即m＝

①圖3中投料比相同，溫度T3＞T2＞T1，則該反應的焓變△H____0（填“＞”、“＜”）。

②m=3時，該反應達到平衡狀態后p(總)=20a MPa，恒壓條件下各物質的物質的量分數與溫度的關系如圖4所示，則曲線b代表的物質為_________（填化學式），T4溫度時，反應達到平衡時物質d的分壓p(d)=___________。

Ⅱ．甲醇的應用

(5)以甲醇為主要原料，電化學合成碳酸二甲酯的工作原理如圖5所示。

離子交換膜a為_____（填“陽膜”、“陰膜”），陽極的電極反應式為______________。

Answer 1

【答案】-94.3 大于 K＝ AC ＜ CO2 2.5a MPa 陽膜 2CH3OH+CO2e=(CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol，

②CH3OH(g)=CH3OH(l)△H= -37.3kJ/mol，

③CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol，

由蓋斯定律①×3-③-②；可得CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(1)△H=-94.3kJ/mol；

(2)①a、b兩點溫度相同，正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，二氧化碳轉化率增大，故壓強曲線A大于曲線B，壓強越大反應速率越快，故反應速率Va大于Vb；

②a點發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡常數表達式K=；

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

B．由圖可知，作一條等溫線，因為該反應為氣體體積減小的反應，壓強越大，平衡時甲醇的物質的量也越大，所以p1＞p2＞p3，故B錯誤；

C．由圖可知，M點對應的甲醇產量為0.25mol，則

所以K==1.04×102；故C正確；

D．由圖可知，在p2及512K時，N點甲醇的物質的量還小于平衡時的量，所以應該正向移動，則v(正)＞v(逆)，故D錯誤；

答案選AC；

(4)①由圖3可知，相同壓強下，溫度越高氫氣轉化率越小，說明升高溫度反應向逆向移動，正反應放熱，△H＜0；

②溫度升高，反應逆向進行，所以產物的物質的量是逐漸減少的，反應物的物質的量增大，由圖可知，根據反應計量系數關系，曲線a代表的物質為H2，b表示CO2，c為H2O，d為C2H5OH；設開始氫氣的投入量是3nmol，則二氧化碳是nmol，二氧化碳的轉化量是x，

N點b、d的物質的量分數相同，所以n-x=0.5x，解得x=n，總物質的量是n-x+3n-3x+0.5x+1.5x=n，壓強之比等于物質的量之比，組分平衡分壓=總壓×該組分的物質的量分數，d為C2H5OH，達到平衡時乙醇的壓p(乙醇)==2.5a MPa；

(5)由圖分析可知氧氣得電子，發生還原反應，與氫離子結合生成水，該電極為陰極，則氫離子要透過交換膜a在陰極與氧氣結合，則交換膜a為陽離子交換膜；陽極上是甲醇和一氧化碳反應失電子發生氧化反應，電極反應為：2CH3OH+CO-2e=(CH3O)2CO+2H+。