Question

【題目】工業上可用一氧化碳合成可再生能源甲醇。

(1)已知：Ⅰ.3CO(g)＋6H2(g)CH3CH＝CH2(g)＋3H2O(g) △H1＝－301.3kJ/mol；

Ⅱ.3CH3OH(g)CH3CH＝CH2(g)＋3H2O(g) △H2＝－31.0kJ/mol。

則CO與H2合成氣態甲醇的熱化學方程式為___________________________________

(2)某科研小組在Cu2O/ZnO作催化劑的條件下，在500℃時，研究了n(H2)：n(CO)分別為2：1、5：2時CO的轉化率變化情況(如圖1所示)，則圖中表示n(H2)：n(CO)＝2：1的變化曲線為___________(填“曲線a”或“曲線b”)，原因是_______________________________。

(3)某科研小組向密閉容器中充入一定量的CO和H2合成氣態甲醇，分別在A、B兩種不同催化劑作用下發生反應，一段時間后測得CH3OH的產率與溫度的關系如圖2所示。下列說法正確的是____________(填選項字母)。

a.使用催化劑A能加快相關化學反應速率，但催化劑A并未參與反應

b.在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，CH3OH的產率降低

c.當2v(CO)正＝v(H2)逆時，反應達到平衡狀態

(4)一定溫度下，在容積均為2L的兩個恒容密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡。

若甲容器平衡后氣體的壓強為開始時的，則該溫度下，該反應的平衡常數K＝______，要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則乙容器中c的取值范圍為_____________________________________。

(5)CO與日常生產生活相關。

①檢測汽車尾氣中CO含量，可用CO分析儀，工作原理類似于燃料電池，其中電解質是氧化釔(Y2O3)和氧化鋯(ZrO2)晶體，能傳導O2－。則負極的電極反應式為__________________。

②碳酸二甲醋[(CH3O)2CO]毒性小，是一種綠色化工產品，用CO合成(CH3O)2CO，其電化學合成原理為4CH3OH＋2CO＋O22(CH3O)2CO＋2H2O，裝置如圖3所示：

寫出陽極的電極反應式：________________________________________

Answer 1

【答案】CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90.1kJ/mol 曲線b H2的含量越低，CO的轉化率越低 bc 0.25 1<c<2 CO+O2--2e-=CO2 2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)根據蓋斯定律解題；

（2）增加反應物濃度，平衡正向移動，增加的反應物轉化率下降，其他反應物的轉化率上升；

（3）催化劑可以同等程度加快反應速率，參加中間反應；根據平衡移動分析；

（4）利用三行式法計算k；根據等效平衡分析；

（5）根據負極氧化失電子，陽極氧化失電子分析。

(1)根據蓋斯定律，（Ⅰ-Ⅱ）/3可得，CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90.1kJ/mol；

答案：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90.1kJ/mol

(2) 因為增加反應物濃度，平衡正向移動，增加的反應物轉化率下降，其他反應物的轉化率上升，則n（H2）/n(CO)越小，CO的轉化率越小，故曲線b表示n（H2）/n(CO)=2:1的變化曲線；

答案：曲線b H2的含量越低，CO的轉化率越低

(3) a.催化劑參與相關化學反應，但化學反應前后，催化劑的質量和化學性質不變，故a不正確；

b.在恒溫恒壓的平衡體系中充入氬氣，體積增大，平衡逆向移動，CH3OH的產率降低，故b正確；

c.當2v(CO)正＝v(H2)逆時，反應達到平衡狀態，故c正確；

答案：bc

(4)設一氧化碳的反應量為x，根據甲

CO(g)＋ 2H2(g) CH3OH(g)

n（初）2mol 6mol 0mol

△n xmol 2xmol xmol

n（平）（2-x）mol （6-2x）mol xmol

根據=，得x=1，則容器的容積為2L，平衡后c（CO）=0.5mol/L，c（H2）=2mol/L，c（CH3OH）=0.5mol/L，則K==或0.25；要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分數相等，甲、乙必為等效平衡，因為起始時要維持化學反應向逆反應方向進行，可以根據平衡時甲醇的物質的量為1mol，確定c的物質的量大于1；根據假設甲容器反應進行到底生成甲醇2mol，確定c的物質的量小于2，得出乙容器中c的取值范圍為1<c<2；

答案：或0.25 1<c<2

(5)①由于電解質為金屬氧化物，則負極CO發生氧化反應與O2-結合生成CO2，電極反應式為：CO+O2--2e-=CO2

②陽極氧化失電子，電極反應式為2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+；

答案：CO+O2--2e-=CO2 2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+