Question

【题目】甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

① CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH1 ＝－99kJ·mol－1

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　 ΔH3

（1）CO2的电子式是________________。

（2）ΔH3＝______kJ·mol－1，②反应正向的熵变ΔS______0(填“＞”“＜”或“＝”)。

（3）在容积为2 L的密闭容器中，充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反应)，在其他条件不变时，温度T1、T2对反应的影响图像如图。

①温度为T1时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝_____ mol·L－1·min－1。

②图示的温度T1______T2（填写“>”、“<”或“=”）

（4）T1温度时，将2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密闭容器中，充分反应(上述②反应)达到平衡后，若CO2转化率为50%，此时容器内的压强与起始压强之比为________；反应②在该温度达到平衡时，其平衡常数的数值为_______。

（5）若反应②在原电池条件下实现，请写出酸性条件下惰性电极上由CO2生成CH3OH的电极反应式：____________________,该电极为原电池的_______极。

Answer 1

【答案】 ＋41 ＜ ＜ 3∶4 0.148～0.15（或1/6.75以及4/27 ） CO2 + 6e- + 6H+ = CH3OH + H2O 正

【解析】

（1）CO2的电子式为。

（2）应用盖斯定律计算ΔH3。反应②正向的ΔS<0。

（3）①根据图像中数值用公式υ=计算υ（CH3OH）。

②用“先拐先平”法分析，图像中T2先出现拐点，T2反应速率快，则T1<T2。

（4）用三段式和化学平衡常数的表达式计算。

（5）1molCO2得到6mol电子生成1molCH3OH，结合原子守恒、电荷守恒写电极反应式；该反应为还原反应，在原电池的正极上发生。

（1）CO2的电子式为。

（2）分析各热化学方程式，应用盖斯定律，将②-①得，CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH3=ΔH2-ΔH1=（-58kJ/mol）-（-99kJ/mol）=+41kJ/mol。反应②中气体反应物的化学计量数之和为4，气体生成物的化学计量数之和为2<4，反应②正向的ΔS<0。

（3）①根据图像，温度为T1时，从反应到平衡反应生成CH3OH物质的量为nAmol，生成甲醇的平均速率为υ（CH3OH）=mol/（L·min）=mol/（L·min）。

②用“先拐先平”法分析，图像中T2先出现拐点，T2反应速率快，根据温度对化学反应速率的影响知：T1<T2。

（4）用三段式， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）1 3 0 0

c（转化）（mol/L）1×50%=0.5 1.5 0.5 0.5

c（平衡）（mol/L）0.5 1.5 0.5 0.5

在恒温恒容时气体压强之比等于气体物质的量之比，此时容器内的压强与起始压强之比为（0.5+1.5+0.5+0.5）：（1+3）=3:4。该反应的平衡常数K===0.15。

（5）CO2中C元素的化合价为+4价，CH3OH中C元素的化合价为-2价，1molCO2得到6mol电子生成1molCH3OH，结合原子守恒、电荷守恒和酸性条件，CO2生成CH3OH的电极反应式为CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O，该反应为还原反应，该电极为原电池的正极。