Question

6．甲醇（CH₃OH）是重要的溶剂和替代燃料．
（1）CO和H₂的混合气体俗称合成气，可以在一定条件下制备甲醇．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，该反应平衡常数的表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$．若压强、投料比x[n（CO）/n（H₂）]对该反应的影响如图所示，则图1中曲线所示的压强关系：p₁＜ p₂ （填“=”“＞”或“＜”）．

（2）NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+163.9kJ•mol^-1
HCl（g）+CH₃OH（g）→CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
写出氯化铵和甲醇反应的热化学方程式NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1，该反应在一定条件下能自发进行的原因是△S＞0．
由图2知，HCl和CH₃OH的混合气体通过催化剂时的最佳流速在20L•min^-1～30L•min^-1之间．流速过快，会导致氯甲烷产率下降，原因是流速过高反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低，导致产率降低．流速过慢，会使副产物二甲醚增多，其反应为2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O，生产中常通入适量的水蒸气，该操作对制备CH₃Cl的影响是对主副反应有抑制作用，提高CH₃Cl纯度的同时，也降低了其产率．
（3）将有机污水去除氧气后加入到如图3所示的微生物电解池内，可以实现污水处理和二氧化碳还原制甲醇．写出电解时阴极的电极反应式CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；投料比相同时，增大压强平衡正向移动，氢气的含量越小；
（2）根据盖斯定律书写氯化铵和甲醇的热化学方程式；如果△G=△H-T△S＜0，该反应就能自发进行；
流速过高反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低；
加入水蒸气能抑制主副反应的发生；
（3）根据氢离子移动方向知，左边装置为阴极，二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲醇和水．

解答 解：（1）化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，所以化学平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；投料比相同时，增大压强平衡正向移动，氢气的含量越小，根据图知，p₁＜p₂，
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
（2）将两个方程式相加得NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132 kJ•mol^-1；如果△G=△H-T△S＜0，该反应就能自发进行，该反应的△S＞0，导致其△G可能小于0，能自发进行；
流速过高反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低，导致产率降低；
加入水蒸气能抑制主副反应的发生，所以对主副反应有抑制作用，提高CH₃Cl纯度的同时，也降低了其产率；
故答案为：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132 kJ•mol^-1；△S＞0；
流速过高反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低，导致产率降低；对主副反应有抑制作用，提高CH₃Cl纯度的同时，也降低了其产率；
（3）根据氢离子移动方向知，左边装置为阴极，二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲醇和水，电极反应式为CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案为：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算、电解原理、盖斯定律等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算及识图能力，水对学生综合能力的考查．