Question

18．已知工业上在500℃时，利用CO和CO₂生产甲醇的热化学方程式分别是：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol
（1）反应H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.1 kJ/mol．
（2）若500℃时反应H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）的平衡常数K=1.0．该条件下，在1L密闭容器中，当加入等物质的量的H₂和 CO₂进行反应时，c（CO）与反应时间t的变化曲线X如图1所示．

①当反应进行到t₁时刻，容器内c（CO₂）=4mol/L．
②当容器内c（CO₂）=5mol•L^-1时，该反应v_正＞v_逆（填“＞、＜或=”）．
③当反应进行到t₂时刻，若使反应按曲线Y进行，调控反应条件的方法是升高温度．
（3）微生物可使甲醇在酸性环境下与空气中氧气发生原电池反应，反应原理如图2所示．
①反应中阳离子的运动方向是A到B．
②B极的反应式是O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
③A极可能产生的物质是cd．
a．H₂   b．CH₄c．HCOOH d．CO₂．

Answer 1

分析 （1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol  ①
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol   ②，利用②-①即可得出；
（2）①依据平衡常数K=1.0，利用三段法计算即可；
②依据①的计算判断此时浓度下，平衡移动方向；
③由X变到Y即增加CO的浓度，依据反应特点判断即可；
（3）①甲醇原电池中甲醇在负极放电，据此判断阳离子的移动方向；
②正极氧气放电，在酸性环境中生成水，据此书写即可；
③A电极为负极，失去电子，发生氧化反应，化合价升高，据此判断即可．

解答 解：（1）（1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol ①，3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol ②，②-①得：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=-49.0kJ/mol-（-90.1kJ/mol）=+41.1 kJ/mol，故答案为：+41.1 kJ/mol；
（2）①由图可知：t₁时刻，根据图可靠在，平衡时容器内c（CO）=3mol/L，即转化生成的CO为3mol，那么有
          H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）
始（mol/L）x       x         0       0
转         3       3         3       3
平         x-3     x-3       3       3
K=$\frac{3×3}{（x-3）•（x-3）}$=1，解x=6，6mol/L-2mol/L=4mol/L，故答案为：4mol/L；
②由（1）计算可知t₁时刻，容器内c（CO₂）=2mol/L，此时仍未达到平衡，即v_正＞v_逆，故当容器内c（CO₂）=5mol•L^-1时，该反应v_正＞v_逆，故答案为：＞；
③由（1）计算得知，反应H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.1kJ/mol，即为吸热反应，要使得反应按曲线Y进行，即升高温度即可，故答案为：升高温度；
（3）①甲醇原电池中甲醇在负极放电，即A为原电池的负极，溶液中阳离子由A移到B，故答案为：A至B；
②氧气在正极放电，结合酸性溶液中的氢离子生成水，电极反应方程式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
 ③甲醇中C元素的化合价为-2价，失去电子发生氧化反应，化合价升高，可以生成HCOOH（C的化合价为+2价），可以生成CO₂（C的化合价为+4价），故选cd．

点评 本题主要考查的是盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算以及化学平衡常数的计算、原电池原理等，综合性较强，有一定的难度，为常考题．