Question

【題目】科學家對一碳化學進行了廣泛深入的研究并取得了一些重要成果。

(1)已知：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝－90.1kJ/mol；

3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2＝－31.0kJ/mol

CO與H2合成CH3CH=CH2的熱化學方程式為________。

(2)現向三個體積均為2L的恒容密閉容器I、II、Ⅲ中，均分別充入1molCO 和2mo1H2發生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-90.1kJ/mol。三個容器的反應溫度分別為Tl、T2、T3且恒定不變。當反應均進行到5min時H2的體積分數如圖1所示，其中只有一個容器中的反應已經達到平衡狀態。

①5min時三個容器中的反應達到化學平衡狀態的是容器_______(填序號)。

②0-5 min內容器I中用CH3OH表示的化學反應速率v(CH3OH)=_______。(保留兩位有效數字)

(3)CO常用于工業冶煉金屬，在不同溫度下用CO 還原四種金屬氧化物，達到平衡后氣體中lgc(CO)/c(CO2)與溫度(T)的關系如圖2所示。下列說法正確的是_____(填字母)。

A．工業上可以通過增高反應裝置來延長礦石和CO接觸面積，減少尾氣中CO的含量

B．CO用于工業冶煉金屬鉻(Cr)時，還原效率不高

C．工業冶煉金屬銅(Cu) 時，600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大

D．CO還原PbO2的反應△H＞0

(4)一種甲醇燃料電池，使用的電解質溶液是2mol·L－1的KOH溶液。

請寫出加入(通入)a物質一極的電極反應式___________；每消耗6.4g甲醇轉移的電子數為__________。

(5)一定條件下，用甲醇與一氧化碳反應合成乙酸可以消除一氧化碳污染。常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/LBa(OH)2溶液等體積混合后，若溶液呈中性，用含a和b的代數式表示該混合溶液中醋酸的電離常數Ka為_________。

Answer 1

【答案】3CO(g)+6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H＝-301.3kJ/mol Ⅲ 0.067 mol/(L·min) BC CH3OH－6e－+8OH—=CO32-+6H2O 1.2NA(或1.2×6.02×1023)

【解析】

(1)根據蓋斯定律分析書寫CO與H2合成CH3CH=CH2的熱化學方程式；

(2)①溫度越高反應速率越快，達到平衡狀態時，需要的時間越短，據此判斷；②利用三段式求出反應生成的甲醇的物質的量濃度，再根據v=計算；

(3)A、增高爐的高度，增大CO與鐵礦石的接觸，不能影響平衡移動，CO的利用率不變；B、由圖像可知，用CO工業冶煉金屬鉻時，一直很高，說明CO轉化率很低；C、由圖像可知，溫度越低，越小，故CO轉化率越高；D、CO還原PbO2的反應，達到平衡后升高溫度，升高，即升高溫度，CO的含量增大，說明平衡逆向移動，據此分析判斷；

(4)根據電子的移動方向判斷出原電池的正負極，負極上甲醇失去電子生成碳酸鉀，根據電子與甲醇的物質的量關系計算；

(5)溶液等體積，混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數與濃度無關，結合電離平衡常數的表達式計算。

(1)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol，②3CH3OH(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol，根據蓋斯定律，將①×3+②得到CO與H2合成CH3CH=CH2的熱化學方程式：3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H=-301.3kJ/mol，故答案為：3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g)△H=-301.3kJ/mol；

(2)①三個容器的反應溫度分別為Tl、T2、T3且恒定不變，當反應均進行到5min時H2的體積分數如圖1所示，溫度越高，反應速率越快，達到平衡需要的時間越短，其中只有一個容器中的反應已經達到平衡狀態，最有可能是Ⅲ，平衡后，升高溫度，平衡逆向進行，氫氣含量最大，故答案為：Ⅲ；

②設反應生成的甲醇為xmol/L，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

開始(mol/L)：0.5 1 0

轉化(mol/L)： x 2x x

平衡(mol/L)：0.5-x 1-2x x

到5min時，氫氣的體積分數為0.4，則=0.4，解得：x=mol/L，容器I中用CH3OH表示的化學反應速率v(CH3OH)=═=0.067mol/(Lmin)，故答案為：0.067 mol/(Lmin)；

(3)A.增高爐的高度，增大CO與鐵礦石的接觸，不能影響平衡移動，CO的利用率不變，故A錯誤；B.由圖像可知用CO工業冶煉金屬鉻時，一直很高，說明CO轉化率很低，故B正確；C.由圖像可知溫度越低，越小，故CO轉化率越高，工業冶煉金屬銅(Cu) 時，600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大，故C正確；D.CO還原PbO2的反應，達到平衡后升高溫度，升高，即升高溫度，CO的含量增大，說明平衡逆向移動，此反應的△H＜0，故D錯誤；故答案為：BC；

(4)電池反應為：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，該電池負極是甲醇失電子生成碳酸鉀，根據圖像可知，b電極為正極，電極反應為：O2+4e-+2H2O=4OH-，a為負極，電極反應式為CH3OH－6e－+8OH—=CO32-+6H2O，6.4g甲醇的物質的量為=0.2mol，轉移電子的物質的量為0.2mol ×6=1.2mol，即 1.2NA(或1.2×6.02×1023)，故答案為：CH3OH－6e－+8OH—=CO32-+6H2O；1.2NA(或1.2×6.02×1023)；

(5)通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，溶液呈中性，根據電荷守恒，2c(Ba2+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，溶液呈中性，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，則c(CH3COO-)=2c(Ba2+)=2×mol/L=bmol/L，醋酸電離平衡為CH3COOH CH3COO-+H+，則K===，故答案為：。