Question

以CO2為碳源制取低碳有機(jī)物成為國(guó)際研究焦點(diǎn)，下面為CO2加氫制取低碳醇的熱力學(xué)數(shù)據(jù)：

反應(yīng)Ⅰ： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ?H = —49．0 kJ·mol-1

反應(yīng)Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ?H = —173．6 kJ·mol-1

（1）寫出由CH3OH(g)合成CH3CH2OH(g)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：

（2）對(duì)反應(yīng)Ⅰ，在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是 （選填編號(hào))

a．反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物 b．平衡常數(shù)K不再增大

c．CO2的轉(zhuǎn)化率不再增大 d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變　

（3）在密閉容器中，反應(yīng)Ⅰ在一定條件達(dá)到平衡后，其它條件恒定，能提高CO2轉(zhuǎn)化率的措施是 （選填編號(hào)）

A、降低溫度 B、補(bǔ)充CO2 C、加入催化劑 D、移去甲醇

（4）研究員以生產(chǎn)乙醇為研究對(duì)象，在密閉容器中，按H2與CO2的物質(zhì)的量之比為3:1進(jìn)行投料，在5MPa下測(cè)得不同溫度下平衡體系中各種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)（y%）如下圖所示。表示CH3CH2OH組分的曲線是 ；圖中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)ya= %（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

(5)一種以甲醇作燃料的電池示意圖如圖。寫出該電池放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式： 。

 

 

Answer 1

（1）2CH3OH(g) CH3CH2OH(g) +H2O(g) ?H = —75．6 kJ·mol-1（3分）

（2）cd（2分）

(3)AD（2分）

(4) Ⅳ（2分） 18．8（3分）

(5)CH3OH－6e－＋3O2－＝CO2↑＋2H2O(3分)

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)Ⅰ×2，然后用反應(yīng)Ⅱ減去反應(yīng)Ⅰ×2即得所求方程式。所以由CH3OH(g)合成CH3CH2OH(g)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式2CH3OH(g) CH3CH2OH(g) +H2O(g) ?H = —75．6 kJ·mol-1

（2）a、化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)一直進(jìn)行，錯(cuò)誤；b、溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，所以一定溫度下的平衡常數(shù)一直不變，錯(cuò)誤；c、反應(yīng)開始時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率一直升高，達(dá)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率不再升高，正確；d、該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量改變的可逆反應(yīng)，氣體總質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量一直在變化，達(dá)平衡時(shí)不再變化，正確，答案選cd。

（3）提高CO2轉(zhuǎn)化率也就是使平衡正向移動(dòng)，A、降溫，平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以平衡正向移動(dòng)，正確；B、補(bǔ)充二氧化碳只能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，本身的轉(zhuǎn)化率降低，錯(cuò)誤；C、加入催化劑對(duì)平衡無影響，錯(cuò)誤；D、移走甲醇，使生成物濃度減小，平衡正向移動(dòng)，正確，答案選AD。

（4）升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳與氫氣的含量增大，乙醇與水的含量減小，反應(yīng)開始時(shí)按H2與CO2的物質(zhì)的量之比為3:1進(jìn)行投料，所以生成的乙醇與水的物質(zhì)的量比仍為1:3，即水的含量是乙醇含量的3倍，所以表示CH3CH2OH組分的曲線是Ⅳ；曲線曲線Ⅱ和Ⅲ分別代表二氧化碳、水，當(dāng)二者的體積分?jǐn)?shù)相同時(shí)，體積也相同，設(shè)它們的體積都是V，根據(jù)投料比，氫氣的體積是二氧化碳的3倍為3V，乙醇的體積是水的1/3，即1/3V，所以總體積是V+V+3V+1/3V=16V/3，則a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)ya=V/16V/3×100%=18．75%；保留3位有效數(shù)字是18．8%。

（5）甲醇燃料電池中在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)的是甲醇，結(jié)合正極產(chǎn)生的氧負(fù)離子生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式CH3OH－6e－＋3O2－＝CO2↑＋2H2O

考點(diǎn)：考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的判斷及勒夏特列原理的應(yīng)用，圖像的分析，體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算，電化學(xué)理論的應(yīng)用