Question

【题目】工业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。

则CO与H2合成气态甲醇的热化学方程式为___________________________________

(2)某科研小组在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下，在500℃时，研究了n(H2)：n(CO)分别为2：1、5：2时CO的转化率变化情况(如图1所示)，则图中表示n(H2)：n(CO)＝2：1的变化曲线为___________(填“曲线a”或“曲线b”)，原因是_______________________________。

(3)某科研小组向密闭容器中充入一定量的CO和H2合成气态甲醇，分别在A、B两种不同催化剂作用下发生反应，一段时间后测得CH3OH的产率与温度的关系如图2所示。下列说法正确的是____________(填选项字母)。

a.使用催化剂A能加快相关化学反应速率，但催化剂A并未参与反应

b.在恒温恒压的平衡体系中充入氩气，CH3OH的产率降低

c.当2v(CO)正＝v(H2)逆时，反应达到平衡状态

(4)一定温度下，在容积均为2L的两个恒容密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

若甲容器平衡后气体的压强为开始时的，则该温度下，该反应的平衡常数K＝______，要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则乙容器中c的取值范围为_____________________________________。

(5)CO与日常生产生活相关。

①检测汽车尾气中CO含量，可用CO分析仪，工作原理类似于燃料电池，其中电解质是氧化钇(Y2O3)和氧化锆(ZrO2)晶体，能传导O2－。则负极的电极反应式为__________________。

②碳酸二甲醋[(CH3O)2CO]毒性小，是一种绿色化工产品，用CO合成(CH3O)2CO，其电化学合成原理为4CH3OH＋2CO＋O22(CH3O)2CO＋2H2O，装置如图3所示：

写出阳极的电极反应式：________________________________________

Answer 1

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

【解析】

(1)根据盖斯定律解题；

（2）增加反应物浓度，平衡正向移动，增加的反应物转化率下降，其他反应物的转化率上升；

（3）催化剂可以同等程度加快反应速率，参加中间反应；根据平衡移动分析；

（4）利用三行式法计算k；根据等效平衡分析；

（5）根据负极氧化失电子，阳极氧化失电子分析。

(1)根据盖斯定律，（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) 因为增加反应物浓度，平衡正向移动，增加的反应物转化率下降，其他反应物的转化率上升，则n（H2）/n(CO)越小，CO的转化率越小，故曲线b表示n（H2）/n(CO)=2:1的变化曲线；

答案：曲线b H2的含量越低，CO的转化率越低

(3) a.催化剂参与相关化学反应，但化学反应前后，催化剂的质量和化学性质不变，故a不正确；

b.在恒温恒压的平衡体系中充入氩气，体积增大，平衡逆向移动，CH3OH的产率降低，故b正确；

c.当2v(CO)正＝v(H2)逆时，反应达到平衡状态，故c正确；

答案：bc

(4)设一氧化碳的反应量为x，根据甲

CO(g)＋ 2H2(g) CH3OH(g)

n（初）2mol 6mol 0mol

△n xmol 2xmol xmol

n（平）（2-x）mol （6-2x）mol xmol

根据=，得x=1，则容器的容积为2L，平衡后c（CO）=0.5mol/L，c（H2）=2mol/L，c（CH3OH）=0.5mol/L，则K==或0.25；要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等，甲、乙必为等效平衡，因为起始时要维持化学反应向逆反应方向进行，可以根据平衡时甲醇的物质的量为1mol，确定c的物质的量大于1；根据假设甲容器反应进行到底生成甲醇2mol，确定c的物质的量小于2，得出乙容器中c的取值范围为1<c<2；

答案：或0.25 1<c<2

(5)①由于电解质为金属氧化物，则负极CO发生氧化反应与O2-结合生成CO2，电极反应式为：CO+O2--2e-=CO2

②阳极氧化失电子，电极反应式为2CH3OH+CO-2e-= (CH3O)2CO+2H+；

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