Question

【題目】以含1個碳原子的物質(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)為原料的碳一化學處于未來化學產業的核心，成為科學家研究的重要課題。

(1))已知CO、H2、CH3OH(g)的燃燒熱分別為-283.0 kJ·mol－1、-285.8 kJ·mol－1、-764.5 kJ·mol－1。則反應Ⅰ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝_____；。

(2)在T1時，向體積為2 L的恒容容器中充入物質的量之和為3 mol的CO和H2，發生反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反應達到平衡時CH3OH(g)的體積分數(φ)與n(H2)/n(CO)的關系如圖所示。

①當起始n(H2)/n(CO)＝2時，經過5 min達到平衡，CO的轉化率為0.6，則0～5 min內平均反應速率v(H2)＝______。若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol，達到新平衡時H2的轉化率將____(填“增大”“減小”或“不變”)。

②當n(H2)/n(CO)＝3.5時，達到平衡后，CH3OH的體積分數可能是圖像中的________(填“D”“E”或“F”)點。

(3)在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2。CO的平衡轉化率(α)與溫度(T)、壓強(p)的關系如圖所示。

①A、B、C三點的平衡常數KA、KB、KC的大小關系為________。

②若達到平衡狀態A時，容器的體積為10 L，則在平衡狀態B時容器的體積為_____L。

(4)以甲醇為主要原料，電化學合成碳酸二甲酯的工作原理如圖所示。則電源的負極為__(填“A”或“B”)，寫出陽極的電極反應式____。

Answer 1

【答案】－90.1 kJ·mol－1 0.12 mol·L－1·min－1 增大 F KA＝KB>KC 2 B 2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋

【解析】

(1)根據CO 、H2和CH3OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律計算CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　的ΔH；

(2) ①根據 計算速率；根據Q和K的關系判斷反應方向；②根據恒容容器中，投料比等于系數比，達到平衡狀態時產物的百分含量最大；

(3) ①相同溫度下平衡常數相等；根據圖像，CO的平衡轉化率(α)隨溫度升高而減小，可知升高溫度平衡逆向移動；

②根據A、B兩點的平衡常數相等計算在平衡狀態B時容器的體積；

（4）由結構示意圖可知，電解池左側發生氧化反應、右側發生還原反應，則電解池左側為陽極，右側為陰極。

（1）由CO（g）、H2（g）和CH3OH（g）的燃燒熱△H分別為-283.0 kJ·mol－1、-285.8 kJ·mol－1和-764.5 kJ·mol－1，則
①CO（g）+ O2（g）=CO2（g）△H=-283.0 kJ·mol－1
②CH3OH（g）+O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-764.5 kJ·mol－1
③H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8 kJ·mol－1

由蓋斯定律可知用①+③×2-②得反應CO（g）+2H2（g）=CH3OH（l），
該反應的反應熱△H=-283.0 kJ·mol－1+（-285.8 kJ·mol－1）×2-（-764.5 kJ·mol－1）=－90.1 kJ·mol－1；

(2) ①當起始n(H2)/n(CO)＝2時，則起始n(H2) ＝2mol，n(CO)＝1mol，經過5 min達到平衡，CO的轉化率為0.6，

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始 0.5 1 0

轉化 0.3 0.6 0.3

平衡 0.2 0.4 0.3

0.12 mol·L－1·min－1

K9.375

若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol，則7.8125＜K，所以反應正向進行，達到新平衡時H2的轉化率將增大；

②根據恒容容器中，投料比等于系數比，達到平衡狀態時產物的百分含量最大，所以當n(H2)/n(CO)＝3.5時，達到平衡后，CH3OH的體積分數可能是圖像中的F點；

(3) ①相同溫度下平衡常數相等，所以KA=KB；根據圖像，CO的平衡轉化率(α)隨溫度升高而減小，可知升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小，所以KB＞KC，故KA＝KB>KC；

②A、B兩點的平衡常數相等，設B點容器的體積為VL

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始 10 20 0

轉化 5 10 5

平衡 5 10 5

；

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始 10 20 0

轉化 8 16 8

平衡 2 4 8

；V=2L；

（4）由結構示意圖可知，電解池左側發生氧化反應、右側發生還原反應，則電解池左側為陽極，連接電源的正極，右側為陰極，連接電源的負極，B為電源的負極，陽極是甲醇、CO失去電子生成（CH3O）2CO和氫離子，電極反應式為：2CH3OH+CO-2e-=（CH3O）2CO+2H+。