Question

【题目】甲醇是一种优质燃料，在工业上常用CO和H2合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。

已知：

①CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) △H1＝－283.0kJ/mol

②H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g) △H2＝－241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H3＝－192.2kJ/mol

回答下列问题：

（1）计算CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反应热△H4=________________。

（2）若在绝热、恒容的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H2，发生CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)反应，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻为平衡状态的是________(填选项字母)。

（3）T1℃时，在一个体积为5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.8，则5 min内用H2表示的反应速率为v(H2)=_______________________。T1℃时，在另一体积不变的密闭容器中也充入1 mol CO、2 mol H2，达到平衡时CO的转化率为0.7，则该容器的体积______5 L(填“>”“<”或“=”)；T1℃时，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K=____________________________。

（4）为了提高燃料的利用率可以将甲醇设计为燃料电池，写出KOH作电解质溶液时，甲醇燃料电池的负极反应式：_________________________。该电池负极与水库的铁闸相连时，可以保护铁闸不被腐蚀，这种电化学保护方法叫做___________。

（5）含有甲醇的废水随意排放会造成水污染，可用ClO2将其氧化为CO2，然后再加碱中和即可。写出处理甲醇酸性废水过程中，ClO2与甲醇反应的离子方程式：_________。

Answer 1

【答案】－574.4kJ/mol d 0.064mol/(L·min) ＞ 625 CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-+6H2O 外加电流的阴极保护法 5CH3OH＋6ClO2＝6Cl－＋5CO2＋6H＋＋7H2O

【解析】

（1）结合热化学方程式和盖斯定律计算，①+②×2-③得到CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的热化学方程式，求出焓变；

（2）该反应为放热反应，根据平衡状态的特征判断各图象；

（3）结合化学三段式法列式计算，反应速率为v（H2）=△c/△t，气体物质的量之比等于气体体积之比，平衡常数随温度变化，K=生成物平衡浓度幂之乘积/反应物平衡浓度幂之积；

（4）燃料原电池中，燃料失电子发生氧化反应为负极，通入氧气得到电子发生还原反应为正极，电解池中阴极被保护；

（5）根据信息：二氧化氯和甲醇反应，生成Cl－、CO2和水。

（1）已知：

①CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) △H1＝－283.0kJ/mol

②H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g) △H2＝－241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H3＝－192.2kJ/mol

根据盖斯定律计算①+②×2-③得到CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的热化学方程式的△H4=-574.4KJ·mol－1；

（2）a、在图1中，t1时刻如果达到平衡，正反应速率应不变，而不是随时间间改变而减小，故a错误；

b、充入1molCO、2molH2，生成甲醇放出热量，反应体系的温度升高，K减小，而不是增大，故b错误；

c、t1时刻一氧化碳与甲醇的物质的量相等，但二者物质的量依然在变化，不是平衡状态，故c错误；

d、随着反应的进行，一氧化碳的质量减小，一氧化碳的质量分数不变，说明各物质的质量不变，反应达平衡状态，故d正确；故选d。

（3）T1℃时，在一个体积为5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.8，根据三段式法有：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol·L－1） 0.2 0.4 0

变化量（mol·L－1） 0.16 0.32 0.16

平衡量（mol·L－1） 0.04 0.08 0.16

则5min内用H2表示的反应速率为v（H2）=0.32mol·L－1/5min=0.064mol/（L·min）；

温度不变，T1℃时，在另一体积不变的密闭容器中也充入1mol CO、2mol H2，达到平衡时CO的转化率为0.7，转化率减小说明平衡左移，体积增大，则该容器的体积大于5 L；

T1℃时，CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常数K=0.16/(0.04×0.082)=625；

（4）燃料原电池中，甲醇失电子发生氧化反应，通入燃料甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH3OH+8OH－-6e－═CO32－+6H2O，当电池负极与水库的铁闸相连时，可以保护铁闸不被腐蚀，是利用铁闸做电解池阴极被保护，名称为：外加电流的阴极保护法；

（5）根据信息：二氧化氯和甲醇反应，生成Cl－、CO2和水，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的离子方程式为：6ClO2+5CH3OH=6Cl－+5CO2+6H＋+7H2O。