Question

【題目】碳的氧化物對環(huán)境的影響較大，研究和開發(fā)碳的氧化物的應(yīng)用對發(fā)展低碳經(jīng)濟，構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義。

(1)已知：①甲醇的燃燒熱ΔH＝－726.4 kJ·mol－1；

②H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

③H2O(g)=H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1　

則二氧化碳和氫氣合成液態(tài)甲醇、生成氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_____________。

(2)在T1時，向體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的CO和H2，發(fā)生反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反應(yīng)達到平衡時CH3OH(g)的體積分數(shù)(φ)與 的關(guān)系如圖所示：

①當(dāng)起始＝2時，經(jīng)過5min達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)＝______。若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol，達到新平衡時H2的轉(zhuǎn)化率將________(填“增大”“減小”或“不變”)。

②當(dāng)＝3.5時，達到平衡后，CH3OH的體積分數(shù)可能是圖像中的________(填“D”“E”或“F”)點。

(3)已知由CO2生成CO的化學(xué)方程式為CO2(g)＋O(g)CO(g)＋O2(g)，其正反應(yīng)速率為v正＝k正·c(CO2)·c(O)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆·c(CO)·c(O2)，k為速率常數(shù)。2500 K時，k逆＝1.21×105L·s－1·mol－1，k正＝3.02×105L·s－1·mol－1，則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為________。(保留小數(shù)點后一位小數(shù))

(4)CH3OH—O2在新型聚合物催化下可發(fā)生原電池反應(yīng)，其裝置如圖：

①外電路中每轉(zhuǎn)移3mol電子，溶液中生成_______molH＋

②寫出電極B的電極反應(yīng)式：__________。

Answer 1

【答案】CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(l)＋H2O(g)　ΔH＝－87.0 kJ·mol－1 0.12 mol·L－1·min－1 增大 F 2.5 3 O2＋2e－＋H＋=

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律分析；

(2)①根據(jù)CO和H2的總量以及二者的比例計算CO與氫氣各自的物質(zhì)的量，利用三段式計算平衡時各組分物質(zhì)的量、各組分物質(zhì)的量變化量，根據(jù)計算反應(yīng)速率；先計算該溫度下平衡常數(shù)K，再計算濃度商Qc，與平衡常數(shù)K相比判斷反應(yīng)進行分析，可以確定氫氣轉(zhuǎn)化率變化；

(3)根據(jù)平衡時正逆反應(yīng)速率相等確定速率常數(shù)和平衡常數(shù)的關(guān)系；

(4)根據(jù)圖示該電池放電時CH3OH轉(zhuǎn)化為CO2，碳元素化合價升高被氧化，所以A電極為負極，O2轉(zhuǎn)化為HO，氧元素化合價降低被還原，所以B為電池的正極。

(1)甲醇的燃燒熱化學(xué)方程式為①CH3OH(l)+O2(g)=2H2O(l)+CO2(g) ΔH＝-726.4 kJ·mol－1；

又已知②H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH＝-285.8 kJ·mol－1；

③H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44 kJ·mol－1；

二氧化碳和氫氣合成液態(tài)甲醇、生成氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(g)，根據(jù)蓋斯定律②×3-①-③得ΔH=(-285.8 kJ·mol－1)×3-(-726.4 kJ·mol－1)-(-44 kJ·mol－1)=-87 kJ·mol－1；則熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(g) ΔH=-87 kJ·mol－1；

(2)①=2，二者物質(zhì)的量之和為3mol，所以n(H2)=2mol，n(CO)=1mol。平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則列三段式為：

所以0～5mi內(nèi)，Δn(H2)=1.2mol，容器體積為2L，所以v(H2)==0.12mol·L－1·min－1；

容器體積為2L，結(jié)合三段式可知平衡時c(H2)=0.4mol/L，c(CO)=0.2mol/L，c(CH3OH)=0.3mol/L，所以該溫度下平衡常數(shù)K=，再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol，則此時c(CO)=0.4mol/L，c(CH3OH)=0.5mol/L，濃度商為<9.375，所以平衡會正向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；

②對于可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物的投料比等于計量數(shù)之比時，產(chǎn)物的占比最大，所以當(dāng)=2時，甲醇的體積分數(shù)最大，所以=3.5時，平衡時甲醇的體積分數(shù)可能為圖中F點；

(3)反應(yīng)平衡正逆反應(yīng)速率相等，即v正＝k正·c/span>(CO2)·c(O)=v逆＝k逆·c(CO)·c(O2)，此時，而該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===≈2.5；

(4)①電解質(zhì)溶液為酸性溶液，結(jié)合分析，A極的電極反應(yīng)為CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+，B極的電極反應(yīng)式為O2＋2e－＋H＋=；根據(jù)電子守恒可知外電路中每轉(zhuǎn)移3mol電子，溶液中生成3molH+；

②B極為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋2e－＋H＋=。