Question

【題目】化工發展是我國能源安全的重要保證。近年來，我國煤化工技術獲得重大突破，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇(CH3OH)是其中的一個研究項目。該研究發生的主要反應如下：

Ⅰ．CO與H2反應合成甲醇

Ⅱ．CO2與H2反應合成甲醇 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

(1)上述反應Ⅰ是原子經濟性反應，寫出化學反應方程式___________。

(2)在工業上，為了提高上述反應Ⅱ的反應速率，除了采用合適的催化劑之外，還可以采取的措施是_______(填一項即可)。

(3)一定溫度下，在容積固定的密閉容器中發生反應Ⅱ，下列可以表明反應達到化學平衡狀態的是_____。

a．單位時間消耗nmolCO2的同時，消耗3n mol的H2

b．容器內CH3OH的濃度不再改變

c．容器內氣體壓強不再改變

d．容器內氣體密度不再改變

(4)生成1mol CH3OH放出 a kJ的能量，反應Ⅰ中拆開1mol化學鍵所需的能量(E)的相關數據如下：

化學鍵	H—H	C—O	CO中的 CO	H—O	C—H
E(kJ)	m	n	E1	x	y

根據相關數據計算拆開1molCO所需的能量E1＝______________kJ。

(5) H2還原CO2電化學法制備甲醇的工作原理如下圖所示：

通入H2 的一端是電池的________極(填“正”或“負”)，通入CO2的一端發生的電極反應式為_______。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 升溫或增大壓強 bc -a+3y+n+x-2m 負 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

【解析】

化合反應是原子經濟性反應，寫出CO與H2反應合成甲醇的化學方程式。從化學反應速率的影響因素和化學平衡的判斷分析。從斷開化學鍵和形成新的化學鍵的能量差等于焓變進行計算。根據總的反應化學方程式中化合價的變化，寫出各電極發生的化學反應。

(1)上述反應Ⅰ是原子經濟性反應，理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉變成產物，不產生副產物或廢物，實現廢物的“零排放”，故化學反應方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)；

(2)提高上述反應Ⅱ的反應速率可以采用升溫，加壓等措施加快反應速率；

(3)一定溫度下，在容積固定的密閉容器中發生反應Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

a．單位時間消耗nmolCO2的同時，消耗3n mol的H2，都表示正反應方向的速率，不能代表處于平衡狀態，故a不符合題意；

b．反應發生時容器內CH3OH的濃度是一個變值，容器內CH3OH的濃度不再改變代表化學反應達到平衡狀態，故b符合題意；

c．反應是一個氣體分子數減小的反應，也是一個壓強減小的反應，當容器內氣體壓強不再改變代表達到平衡狀態，故c符合題意；

d．由于是在容積固定的密閉容器中，則氣體的密度是一個定值，若容器內氣體密度不再改變，不能代表反應達到平衡狀態，故d不符合題意；

答案選bc。

(4)生成1mol CH3OH放出 a kJ的能量，反應Ⅰ為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，則反應物斷裂化學鍵鍵能之和減去生成物形成化學鍵鍵能之和等于生成1mol CH3OH放出的熱量，得到的式子為：E1+2m-(3y+n+x)=-a，得到E1=-a+3y+n+x-2m；

(5) H2還原CO2電化學法制備甲醇的總反應為CO2+3H2=CH3OH+H2O，二氧化碳的化合價降低，在正極上得電子，正極反應為：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O，氫氣的化合價升高，作負極，電極反應為3H2-6e-=6H+。