Question

10．甲醇是一種重要的化工原料．有著重要的用途和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)生產(chǎn)甲醇的常用方法是：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
已知：2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O （l）△H=-571.6kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O （g）△H=-241.8kJ•mol^-1
①H₂的燃燒熱△H=-285.8KJ/mol．
②若在恒溫恒容的容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），則可用來(lái)判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志有AD（填字母）
A．CO百分含量保持不變      B．容器中H₂濃度與CO濃度相等
C．容器中混合氣體的密度保持不變   D．CO的生成速率與CH₃OH的生成速率相等
（2）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種：
①甲醇蒸汽重整法．
主要反應(yīng)為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）．已知：同溫同體積時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比．設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol CH₃OH（g），體系壓強(qiáng)為P₁，在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，體系壓強(qiáng)為P₂，且P₂/P₁=2.2，請(qǐng)計(jì)算該條件下平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量及CH₃OH的轉(zhuǎn)化率．（要求在答題卡上寫出計(jì)算過(guò)程）
②甲醇部分氧化法．
在一定溫度下以Ag/CeO₂-ZnO為催化劑時(shí)原料氣比例對(duì)反應(yīng)的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質(zhì)越多）影響關(guān)系如圖所示．則當(dāng)$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.25時(shí)．CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為：2CH₃OH+O_{2$\frac{\underline{催化劑}}{△}$} 2HCHO+2H₂O．在制備H₂時(shí)最好控制$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.5．

Answer 1

分析 （1）①燃燒熱是1mo可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量；
②平衡標(biāo)志是反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變；
（2）①反應(yīng)為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H-T△S＜0，反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)；
②當(dāng)n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時(shí)，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應(yīng)的方程式為：2CH₃OH+O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O；依據(jù)圖象分析制備氫氣時(shí)最好是n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5；

解答 解：（1）①根據(jù)燃燒熱概念，結(jié)合熱化學(xué)方程式，2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ/mol，氫氣的燃燒熱為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O （l）△H=-285.8kJ/mol，所以氫氣的燃燒熱為285.8KJ/mol，△H=-285.8KJ/mol，
故答案為：-285.8KJ/mol；
②恒溫恒容的容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
A、平衡狀態(tài)各組分的含量不變，證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；
B、氫氣和一氧化碳的起始量和消耗量決定，容器中H₂濃度與CO濃度相等不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C、混合氣體的密度=$\frac{氣體質(zhì)量}{氣體體積}$，反應(yīng)過(guò)程中氣體質(zhì)量守恒，容器體積相同，密度不變，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；
D、化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中計(jì)量數(shù)之比，CO的生成速率與CH₃OH的生成速率相等，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故D正確；
故答案為：AD；
（2）①CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
起始量/mol  0.60          0      0
轉(zhuǎn)化量/mol   x           x      2x
平衡量/mol  0.60-x        x      2x
氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，$\frac{0.60-x+x+2x}{0.60}$=2.2
解得x=0.36
n（H₂）_平=0.36mol×2=0.72mol
CH₃OH的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.36mol}{0.60mol}$×100%=60%，
答：該條件下平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量為0.72mol，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為60%；
②當(dāng)n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時(shí)，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應(yīng)的方程式為：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O；依據(jù)圖象分析，在制備H₂時(shí)最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5時(shí)氫氣生成最多，
故答案為：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2HCHO+2H₂O；0.5；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了燃燒熱概念，熱化學(xué)方程式書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)平衡的標(biāo)志判斷，圖象分析應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)書寫方法，題目難度中等．