Question

【题目】甲醇合成反应及其能量变化如图a所示：
（1）写出合成甲醇的热化学方程式 ．
（2）实验室在1L的密闭容器中进行模拟合成实验．将1mol CO和2molH2通入容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一段时间测得容器内CH3OH的浓度如下表所示：

时间浓度（mol/L）温度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

在300℃反应开始10min内，H2的平均反应速率为v（H2）= ．
（3）在500℃达到平衡时，平衡常数K= ．
（4）在另一体积不变的密闭容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H2 ， 一定条件下达到平衡，测得容器中压强为起始压强的一半．计算该条件下H2的转化率为 ．
（5）铜基催化剂具有活性高、选择性好和条件温和的特点，已广泛地使用于CO/CO2的加氢合成甲醇．使用铜基催化剂后，该反应中a的大小变化对反应热△H有无影响， ． （填“有影响”或“无影响”）
（6）2009年，长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术上获得新突破，原理如图b所示．请写出从C口通入O2发生的电极反应式 ．
（7）用上述电池做电源，用图c装置电解饱和食盐水（C1、C2均为石墨电极）．①该反应的离子方程式 ．
②电解开始后在电极的周围（填“C1”或“C2”）先出现红色．

Answer 1

【答案】
（1）CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣（b﹣a）KJ/mol
（2）0.08mol/（L?min）
（3）25
（4）80%
（5）无影响
（6）O2+4e﹣+4H+=2H2O
（7）2Cl﹣+2H2O 2OH﹣+H2↑+Cl2↑；C2
【解析】解：（1）由图可知，1molC（s）与2molH2（g）反应生成1molCH3OH（g）放出热量为（b﹣a）kJ，应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣（b﹣a）KJ/mol；所以答案是：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣（b﹣a）KJ/mol；（2）在300℃反应开始10min内，生成的甲醇为0.4mol，则v（CH3OH）= =0.04mol/（Lmin），H2的平均反应速率为v（H2）=2V（CH3OH）=0.08mol/（Lmin）；
所以答案是：0.08mol/（Lmin）；（3）500℃达到平衡时，40min处于平衡状态，平衡时甲醇的浓度为0.8mol/L，则：
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）
起始量（mol/L）：1 2 0
变化量（mol/L）：0.8 1.6 0.8
平衡量（mol/L）：0.2 0.4 0.8
平衡常数K= = =25，
所以答案是：25；（4）恒温恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，平衡时混合气体总物质的量为（1.2mol+2.0mol）× =1.6mol，即混合气体减小的物质的量为1.6mol，
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）物质的量减小
2 2
1.6mol 1.6mol
故该条件下H2的转化率为= ×100%=80%；
所以答案是：80%；（5）反应中的a是反应的活化能，影响因素是催化剂，反应热只与始态与终态有关，与反应过程无关，所以对反应热的影响无关；所以答案是：无影响；（6）氧气发生还原反应，与通过质子交换膜的氢离子结合生成水，电极反应式为：O2+4e﹣+4H+=2H2O，所以答案是：O2+4e﹣+4H+=2H2O；（7）①电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，反应离子方程式为：2Cl﹣+2H2O 2OH﹣+H2↑+Cl2↑，所以答案是：2Cl﹣+2H2O 2OH﹣+H2↑+Cl2↑；②C1连接电源正极，为阳极，C2连接电源负极，为阴极，电解过程中，阳极氯离子失去生成氯气，阴极水电离的氢离子得到电子生成氢气，同时产生氢氧根离子，所以在阴极C2先变红，所以答案是：C2 ．
【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡状态本质及特征的相关知识，掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效），以及对化学平衡的计算的理解，了解反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%．