Question

【題目】化學平衡原理是中學化學學習的重要內容，請回答下列問題：

甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景，工業上可用合成氣（主要成分CO、H2）制備甲醇。

（1）己知：CO、H2、CH3OH、的燃燒熱（△H）分別為-283.0kJ/mol、-241.8kJ/mol、-192.2 kJ/mol，請寫出合成氣制備甲醇的熱化學方程式 。

（2）若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1 mol CO、2 mol H2，發生CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）反應，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻為平衡狀態的是______（填選項字母）。

（3）在T1℃時，在體積為5 L的恒容容器中充入3 mol的合成氣，反應達到平衡時CH3OH的體積分數與n（H2）／n（CO）的關系如圖所示。H2和CO按2:1投入時經過5 min達到平衡，則5 min內用H2表示的反應速率為v（H2）=_______。溫度不變，當時，達到平衡狀態，CH3OH的體積分數可能是圖象中的______點。

（4）含有甲醇的廢水隨意排放會造成水污染，可用ClO2將其氧化為CO2，然后再加堿中和即可。寫出處理甲醇酸性廢水過程中，ClO2與甲醇反應的離子方程式：________________________。

（5）水的自偶電離可表示為H2O+H2OH3O++OH-。與水電離相似，甲醇也能發生自偶電離，請寫出甲醇的自偶電離方程式_______________________________________，往甲醇中加入少量金屬鈉反應生成甲醇鈉，則反應后的混合液中的電荷守恒式_____________________________。

Answer 1

【答案】（1）CO（g）+2H2（g）CH3OH（l） △H= -574.4kJ/mol （3分） （2）D（2分）

（3）0.06 molL-1min-1 （2分）、F（2分）

（4）6ClO2 +5CH3OH＝5CO2 +6Cl -+6H++7H2O（2分）

（5）CH3OH+CH3OHCH3OH2++CH3O -（2分） c（CH3OH2+）+ c（Na+）＝c（CH3O -）（2分）

【解析】

試題分析：（1）己知：CO、H2、CH3OH、的燃燒熱（△H）分別為-283.0kJ/mol、-241.8kJ/mol、-192.2 kJ/mol，則①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1

②2H2（g） + O2（g） = 2H2O（l） △H=－483.6kJ/mol

③CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-192.2kJmol-1

由蓋斯定律可知①+②-③得反應CO（g） + 2H2（g）＝CH3OH（l的△H＝（-283-483.6+192.2）kJmol-1＝－574.4kJ/mol。

（2）A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，而t1時刻V正最大，之后速率減小，A錯誤；B、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，為最小，圖像與實際符合，B錯誤；C、t1時刻后一氧化碳、甲醇的物質的量發生變化，t1時刻未到達平衡狀態，C錯誤；D、t1時刻，CO的質量分數為定值，處于平衡狀態，圖像與實際符合，D正確；答案選D。

（3）根據圖像可知H2和CO按2:1投入平衡時甲醇的含量是0.5，則根據方程式可知

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol） 1 2 0

平衡量（mol） n 2n n

轉化量（mol）1－n 2－2n n

因此有

解得n＝0.75

所以5 min內用H2表示的反應速率為＝0.06 molL-1min-1。

溫度不變，當時氫氣的物質的量增加，CO的轉化率增大，但氫氣的轉化率減小，因此產生的甲醇的物質的量減小，所以達到平衡狀態時CH3OH的體積分數降低，因此可能是圖象中的F點。

（4）反應中Cl元素化合價從＋4價降低到－1價，得到5個電子。碳元素化合價從－2價升高到＋4價，失去6個電子，因此根據電子得失守恒可知ClO2與甲醇反應的離子方程式為6ClO2 +5CH3OH＝5CO2 +6Cl -+6H++7H2O。

（5）根據水的自偶電離可表示為H2O+H2OH3O++OH-可知甲醇的自偶電離方程式為CH3OH＋CH3OHCH3OH2+＋CH3O -，往甲醇中加入少量金屬鈉反應生成甲醇鈉，則反應后的混合液中的電荷守恒式為c（CH3OH2+）+ c（Na+）＝c（CH3O -）。