Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。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，可能發生的反應如下：

i. CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) △H1=QkJ·mol- 1

ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g) H2=+41 kJ·mol- 1

iii. CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H3=-99 kJ·mol- 1

回答下列問題：

(1)Q=______________

(2)反應iii的化學平衡常數K3=_____________(填表達式)。

(3)圖中能正確反映平衡常數K3隨溫度變化關系的曲線為_____(填字母)，理由是_______

(4)如圖為單位時間內CO2+H2、CO+ H2、CO/CO2+H2三個條件下生成甲醇的物質的量濃度與溫度的關系(三個條件下通入的CO、CO2和H2的物質的量濃度相同)。

①490K時，根據曲線a、c判斷合成甲醇時主要發生的反應為______________(填"i ”或" iii")；由曲線a可知，甲醇的量先增大后減小，其原因是__________。

②曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，從熱力學與動力學角度，并結合反應i、ii分析原因：__________。

(5)如圖是以NaOH溶液為電解質溶液的甲醇燃料電池：電極a的反應式為__________， 若隔膜為陽離子交換膜，則每轉移6 mol電子，溶液中有___mol Na+向___(填“正極區”或“負極區”)移動。

Answer 1

【答案】-58 a 反應iii的H3<0，為放熱反應，溫度升高平衡左移，平衡常數減小 i 溫度低于490K時單位時間內反應未達到平衡，溫度高于490K時單位時間內反應達到平衡，反應i為放熱反應，升高溫度平衡左移 加入CO促進反應ii平衡逆向移動，CO2和H2的量增加，甲醇生成速率加快，同時反應ii為吸熱反應，反應i為放熱反應，反應ii的存在使得反應i正向進行 CH3OH+8OH－-6e－===CO3－+6H2O 6 正極

【解析】

（1）根據定律進行分析得出CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)H1= H2+ H3，據此進行計算；

（2）根據平衡常數的定義寫出反應iii的平衡常數K3=；

（3）根據溫度對平衡移動的影響進行分析；

（4）①據圖可知490K時主要發生反應i；溫度低于490K時單位時間內反應未達到平衡，溫度高于490K時單位時間內反應達到平衡，據此規律進行分析；

②根據濃度對平衡移動的規律進行分析；

（5）該裝置是以NaOH溶液為電解質溶液的甲醇燃料電池，電極a為負極，甲醇失電子被氧化成二氧化碳，由于為堿性電解質溶液，二氧化碳被吸收生成碳酸根，據此寫出電極方程式；原電池中陽離子流向正極，為保持電荷守恒，滿足n（e-）=n（Na+）。

（1）已知：ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g) H2=+41 kJ·mol- 1

iii. CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H3=-99 kJ·mol- 1

根據蓋斯定律由ii+ iii可得i. CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)，所以H1= H2+ H3，所以Q=+41 kJ·mol- 1+(-99 kJ·mol- 1)=-58 kJ·mol- 1；

（2）根據平衡常數的定義可知反應iii的平衡常數K3=；

（3）反應iii的H3<0，為放熱反應，溫度升高平衡左移，平衡常數減小，所以曲線a能正確反映平衡常數K3隨溫度變化關系；

（4）①據圖可知490K時主要發生反應i；溫度低于490K時單位時間內反應未達到平衡，溫度升高反應速率加快，單位時間內測得的甲醇含量增大，溫度高于490K時單位時間內反應達到平衡，反應i為放熱反應，升高溫度平衡左移，導致甲醇含量降低；

②加入CO促進反應ii平衡逆向移動，CO2和H2的量增加，甲醇生成速率加快，同時反應ii為吸熱反應，反應i為放熱反應，反應ii的存在使得反應i正向進行；

（5）該裝置是以NaOH溶液為電解質溶液的甲醇燃料電池，電極a為負極，甲醇失電子被氧化成二氧化碳，由于為堿性電解質溶液，二氧化碳被吸收生成碳酸根，所以電極方程式為：CH3OH+8OH－-6e－===CO3－+6H2O；原電池中陽離子流向正極，為保持電荷守恒每轉移6 mol電子，溶液中有6mol Na+向正極區移動。