Question

甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。

（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：

反應(yīng)Ⅰ：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）

反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

①在以上制備甲醇的兩個(gè)反應(yīng)中：反應(yīng)Ⅰ優(yōu)于反應(yīng)Ⅱ，原因?yàn)開________________。

②對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，下圖甲表示能量的變化；圖乙表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)聞巒化。

在“圖甲”中，曲線__________（填：“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于________（填：“吸熱”、“放熱”）反應(yīng)。在圖乙中從反應(yīng)開始到建立平衡，用H₂濃度變化表示的反應(yīng)速率為_____________；該溫度下CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為__________.

③對(duì)于反應(yīng)Ⅱ，在一定溫度時(shí)，將lmol CO₂年和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的平衡壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為__________；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是____________。

a．升高溫度

b．增加CO₂的量

c．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

d．按原比例再充入CO₂和H₂

（2）甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種  污染，其原理是：通電后，將Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化。實(shí)驗(yàn)室用下圖裝置模擬上述過程。

①陽(yáng)極電極反應(yīng)式為____________。

②除去甲醇的離子方程式為________________。

 

Answer 1

【答案】

（14分）（1）①反應(yīng)I符合“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則即原子利用率為100%（1分）

②b（1分）  放熱（1分）  0.15mol/(L·min)（2分）  12（1分）③1－（2分）  bd（2分）

（2）①C_O^2＋－e^－＝C_O^3＋（2分）

②6 C_O^3＋＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6 C_O^2＋＋6H^＋（2分）

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ的生成物可知，反應(yīng)I中生成物只有一種，而反應(yīng)Ⅱ中還有水生成，即反應(yīng)I符合“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則即原子利用率為100%，所以反應(yīng)Ⅰ優(yōu)于反應(yīng)Ⅱ。

②根據(jù)圖像甲可知，曲線b的活化能低于曲線a的活化能，所以曲線b表示使用了催化劑；同樣根據(jù)圖像甲可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，所以反應(yīng)是放熱反應(yīng)；根據(jù)圖像乙可知，反應(yīng)進(jìn)行到10min是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)生成的甲醇濃度是0.75mol/L，則根據(jù)反應(yīng)I可知，消耗氫氣的濃度是1.5mol/L，所以氫氣表示的反應(yīng)速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min)；平衡時(shí)氫氣的濃度是2mol/L－1.5mol/L＝0.5mol/L，所以根據(jù)CO和甲醇的平衡濃度可知，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝12。

③                  CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

起始量（mol/L）      1          3             0          0

轉(zhuǎn)化量（mol/L）      a          3a             a         a

平衡量（mol/L）    1－a      3－3a             a         a

則根據(jù)壓強(qiáng)之比是相應(yīng)的物質(zhì)的量之比可知

容器內(nèi)的平衡壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為＝1－

a．因正反應(yīng)放熱，升高溫度可使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，不能增加甲醇產(chǎn)率，故a不正確；

b．增加CO₂的量，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以可以增加甲醇產(chǎn)率，故b正確；

c．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，對(duì)于參加反應(yīng)的物質(zhì)來(lái)說，濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故c錯(cuò)誤；

d．按原比例再充入CO₂和H₂壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可以增加甲醇產(chǎn)率，故d正確。

答案選bd。

（2）①原電池中陽(yáng)極失去電子，所以根據(jù)裝置圖可知，C_O^2＋在陽(yáng)極失去電子，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為C_O^2＋－e^－＝C_O^3＋。

②Co^3＋做氧化劑，能把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，反應(yīng)的離子方程式是6 C_O^3＋＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6 C_O^2＋＋6H^＋。

考點(diǎn)：考查綠色化學(xué)、反應(yīng)熱的判斷、反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計(jì)算、外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響、電解池的有關(guān)應(yīng)用和電極反應(yīng)式的書寫