Question

【題目】Ⅰ.科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發出直接以甲醇為燃料的燃料電池。己知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1 和-726.5 kJ·mol-1。請回答下列問題：

（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是______________kJ。

（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為______________________________。

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，保持其他條件不變，探究溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示(T1、T2均大于300℃)。下列說法正確的是________________（填序號）

①溫度為T1時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均速率為v(CH3OH) =mol·L-1·min-1

②該反應在T1時的平衡常數比T2時的小

③該反應為放熱反應

④處于A點的反應體系從T1變到T2，達到平衡時增大

（4）在T1溫度時，將1mol CO2和3mol H2充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，則容器內的壓強與起始壓強之比為______________。

Ⅱ.將廢水中的有害物質轉變為無毒物質、難溶物質及易除去的物質，是廢水處理中的重要方法。

（5）含氰廢水中的氰化物常以[Fe(CN)6]3-和CN-的形式存在，工業上有多種廢水處理方法。其中電解處理法如圖：用如圖所示裝置處理含CN-廢水時，控制溶液pH為9~10并加入一定量的NaCl，一定條件下電解，陽極產生ClO-的將CN-氧化為無害物質而除去。鐵電極為_____________（填“陰極”或“陽極”），陽極產生的ClO-的電極反應為_______________________，陽極產生的ClO-的將CN-氧化為無害物質而除去的離子方程式為___________________________。

Answer 1

【答案】 2858 CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O (g) △H=-443.5kJmol-1 ③④ 1-0.5a 陰極 Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O 2CN-+5C1O-+2OH-=N2↑+5Cl-+2CO32-+H2O

【解析】Ⅰ.試題分析：科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發出直接以甲醇為燃料的燃料電池。己知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1 和-726.5 kJ·mol-1。則H2燃燒的熱化學方程式為H2(g) + O2(g)= H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1；CO(g)燃燒的熱化學方程式為CO(g)+ O2(g)= CO2 (g) ΔH=-283.0kJ·mol-1；CH3OH(l) +O2(g)=2 H2O(l)+ CO2 (g) ΔH=-726.5kJ·mol-1.

（1）由氫氣的燃燒熱可知，H2O(l) =H2(g)+ O2(g) ΔH=+285.8kJ·mol-1，所以用太陽能分解10mol水消耗的能量是2858kJ。

（2）由CO(g)+ O2(g)= CO2 (g) ΔH=-283.0kJ·mol-1、CH3OH(l) +O2(g)=2H2O(l)+ CO2 (g) ΔH=-726.5kJ·mol-1并根據蓋斯定律可知，甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O (g) △H=-443.5kJmol-1。

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，保持其他條件不變，探究溫度對反應的影響。由圖可知，T2時反應到達平衡較快，故T2＞T1；溫度升高后甲醇的物質的量減少，則該反應為放熱反應，溫度越高其平衡常數越小。①溫度為T1時，從反應開始到平衡，內甲醇的變化量為，則生成甲醇的平均速率為v(CH3OH) =mol·L-1·min-1，①不正確；②該反應在T1時的平衡常數比T2時的大，②不正確；③該反應為放熱反應，③正確；④A點為T1溫度下的平衡狀態，處于A點的反應體系從T1變到T2，平衡向逆反應方向移動，故達到平衡時增大，④正確。綜上所述，說法正確的是③④。

（4）在T1溫度時，將1mol CO2和3mol H2充入一密閉恒容容器中，發生的反應為CO2 (g)＋3H2 (g) CH3OH (g)＋H2O (g)，充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，則CO2、H2、CH3OH 、H2O的變化量分別為a mol、3amol、a mol、a mol，平衡時氣體的總物質的量為(4-2a) mol（注意高于300℃時，CH3OH是氣體），則容器內的壓強與起始壓強之比等于其物質的量之比，為1-0.5a。

Ⅱ.（5）由題意可知，用如圖所示裝置處理含CN-廢水時，控制溶液pH為9~10加入一定量的NaCl，一定條件下電解，陽極上氯離子放電，氯離子被氧化為ClO-，產生ClO-的將CN-氧化為N2而除去，所以鐵電極不可能是陽極，鐵電極為陰極，陽極產生的ClO-的電極反應為Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O，陽極產生的ClO-的將CN-氧化為N2的離子方程式為2CN-+5C1O-+2OH-=N2↑+5Cl-+2CO32-+H2O。