Question

【題目】甲醇是一種優質燃料，在工業上常用CO和H2合成甲醇，反應方程式為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。

已知：

①CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) △H1＝－283.0kJ/mol

②H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g) △H2＝－241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H3＝－192.2kJ/mol

回答下列問題：

（1）計算CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反應熱△H4=________________。

（2）若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1 mol CO、2 mol H2，發生CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)反應，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻為平衡狀態的是________(填選項字母)。

（3）T1℃時，在一個體積為5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2，經過5 min達到平衡，CO的轉化率為0.8，則5 min內用H2表示的反應速率為v(H2)=_______________________。T1℃時，在另一體積不變的密閉容器中也充入1 mol CO、2 mol H2，達到平衡時CO的轉化率為0.7，則該容器的體積______5 L(填“>”“<”或“=”)；T1℃時，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數K=____________________________。

（4）為了提高燃料的利用率可以將甲醇設計為燃料電池，寫出KOH作電解質溶液時，甲醇燃料電池的負極反應式：_________________________。該電池負極與水庫的鐵閘相連時，可以保護鐵閘不被腐蝕，這種電化學保護方法叫做___________。

（5）含有甲醇的廢水隨意排放會造成水污染，可用ClO2將其氧化為CO2，然后再加堿中和即可。寫出處理甲醇酸性廢水過程中，ClO2與甲醇反應的離子方程式：_________。

Answer 1

【答案】－574.4kJ/mol d 0.064mol/(L·min) ＞ 625 CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-+6H2O 外加電流的陰極保護法 5CH3OH＋6ClO2＝6Cl－＋5CO2＋6H＋＋7H2O

【解析】

（1）結合熱化學方程式和蓋斯定律計算，①+②×2-③得到CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的熱化學方程式，求出焓變；

（2）該反應為放熱反應，根據平衡狀態的特征判斷各圖象；

（3）結合化學三段式法列式計算，反應速率為v（H2）=△c/△t，氣體物質的量之比等于氣體體積之比，平衡常數隨溫度變化，K=生成物平衡濃度冪之乘積/反應物平衡濃度冪之積；

（4）燃料原電池中，燃料失電子發生氧化反應為負極，通入氧氣得到電子發生還原反應為正極，電解池中陰極被保護；

（5）根據信息：二氧化氯和甲醇反應，生成Cl－、CO2和水。

（1）已知：

①CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) △H1＝－283.0kJ/mol

②H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g) △H2＝－241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H3＝－192.2kJ/mol

根據蓋斯定律計算①+②×2-③得到CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的熱化學方程式的△H4=-574.4KJ·mol－1；

（2）a、在圖1中，t1時刻如果達到平衡，正反應速率應不變，而不是隨時間間改變而減小，故a錯誤；

b、充入1molCO、2molH2，生成甲醇放出熱量，反應體系的溫度升高，K減小，而不是增大，故b錯誤；

c、t1時刻一氧化碳與甲醇的物質的量相等，但二者物質的量依然在變化，不是平衡狀態，故c錯誤；

d、隨著反應的進行，一氧化碳的質量減小，一氧化碳的質量分數不變，說明各物質的質量不變，反應達平衡狀態，故d正確；故選d。

（3）T1℃時，在一個體積為5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2，經過5 min達到平衡，CO的轉化率為0.8，根據三段式法有：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol·L－1） 0.2 0.4 0

變化量（mol·L－1） 0.16 0.32 0.16

平衡量（mol·L－1） 0.04 0.08 0.16

則5min內用H2表示的反應速率為v（H2）=0.32mol·L－1/5min=0.064mol/（L·min）；

溫度不變，T1℃時，在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H2，達到平衡時CO的轉化率為0.7，轉化率減小說明平衡左移，體積增大，則該容器的體積大于5 L；

T1℃時，CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常數K=0.16/(0.04×0.082)=625；

（4）燃料原電池中，甲醇失電子發生氧化反應，通入燃料甲醇的電極為負極，電極反應式為：CH3OH+8OH－-6e－═CO32－+6H2O，當電池負極與水庫的鐵閘相連時，可以保護鐵閘不被腐蝕，是利用鐵閘做電解池陰極被保護，名稱為：外加電流的陰極保護法；

（5）根據信息：二氧化氯和甲醇反應，生成Cl－、CO2和水，根據得失電子守恒和原子守恒，該反應的離子方程式為：6ClO2+5CH3OH=6Cl－+5CO2+6H＋+7H2O。