Question

能源短缺是人類面臨的重大問(wèn)題，甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應(yīng)II：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
（1）上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
（2）圖中甲圖表示用反應(yīng)Ⅱ生產(chǎn)燃料甲醇反應(yīng)過(guò)程中能量的變化情況；乙圖表示一定溫度下，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)間的變化情況．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題．
①下列說(shuō)法正確的是

 

（填字母序號(hào)）．
a．在甲圖中，曲線b表示使用了催化劑
b．起始充入的CO為2mol，從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)到平衡，v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1
c．增大CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
d．容器中壓強(qiáng)恒定時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
e．保持溫度和密閉容器的容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，再次達(dá)到平衡時(shí)

n(CH3OH)

n(CO)

的值會(huì)變小
②該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

．若保持其他條件不變，將反應(yīng)體系升溫，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．
③請(qǐng)?jiān)诒麍D所示坐標(biāo)圖中畫(huà)出平衡時(shí)甲醇的百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）的變化曲線，要求畫(huà)出壓強(qiáng)不同的兩條曲線（在曲線上標(biāo)出P₁、P₂且P₁＜P₂）．
（3）甲醇的一個(gè)重要作用是可以制燃料電池，常用KOH作電解質(zhì)溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：

 

．
（4）已知CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過(guò)程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
（2）①a、在甲圖中，曲線b表示使用了催化劑，反應(yīng)的活化能降低；
b、起始充入的CO為2mol，說(shuō)明容器體積為2L，v（CO）=

1-0.25

10

mol?L^-1?min^-1，所以v（H₂）=2v（CO）=0.15mol?L^-1?min^-1；
c、增加CO濃度，會(huì)促進(jìn)氫氣的轉(zhuǎn)化，但本身的轉(zhuǎn)化率降低；
d、該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強(qiáng)不等的反應(yīng)；
e、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，比值增大；
②根據(jù)三行式來(lái)求解；因溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數(shù)減��；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中生成碳酸鹽；
（4）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書(shū)寫(xiě)熱方程式，再利用蓋斯定律來(lái)分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）根據(jù)原子經(jīng)濟(jì)知，Ⅱ沒(méi)有副產(chǎn)物，符合原子經(jīng)濟(jì)理念，中有副產(chǎn)物，不符合原子經(jīng)濟(jì)理念，
故答案為：Ⅱ；
（2）①a、在甲圖中，曲線b表示使用了催化劑，反應(yīng)的活化能降低，故選；
b、起始充入的CO為2mol，說(shuō)明容器體積為2L，v（CO）=

1-0.25

10

mol?L^-1?min^-1，所以v（H₂）=2v（CO）=0.15mol?L^-1?min^-1，故不選；
c、增加CO濃度，會(huì)促進(jìn)氫氣的轉(zhuǎn)化，但本身的轉(zhuǎn)化率降低，故不選；
d、該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強(qiáng)不等的反應(yīng)，故選；
e、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，比值增大，故不選；
故答案為：ad；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol/L） 1       2          0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.75   1.5        0.75
平衡（mol/L） 0.25   0.5        0.75
則化學(xué)平衡常數(shù)K=

0.75

0.25×(0.5)2

=12；
因溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數(shù)減�。�
故答案為：12； 減�。�
③因溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的濃度增大，生成物的濃度減少，溫度相同時(shí)壓強(qiáng)越大，CH₃OH的百分含量越高，所以圖為：，故答案為：；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中生成碳酸鹽，所以電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡圖象等，難度中等．