Question

甲醇是重要的化工原料，在制造燃料電池、農(nóng)藥、醫(yī)藥、塑料、合成纖維及有機化工產(chǎn)品中有著廣泛的應用．甲醇也是重要的燃料，可摻入汽油作替代燃料使用，如甲醇已經(jīng)作為F₁賽車的燃料添加劑．

（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
①在以上制備甲醇的兩個反應中：反應Ⅰ優(yōu)于反應Ⅱ，原因為

 

．
②對于反應Ⅰ，圖1表示能量的變化；在“圖1”中，曲線

 

（填：“a”或“b”）表示使用了催化劑；根據(jù)圖1寫出反應Ⅰ的熱化學反應方程式

 

．
③圖2表示在恒容密閉容器中，反應Ⅰ的逆反應速率隨時間變化的關系．在t₁時刻改變某條件，使v逆速率出現(xiàn)了如圖所示的變化，改變的條件可能是

 

．（填字母）
A．充入He氣  B．升高溫度   C．加催化劑
若t₃時刻再在容器中加入一定量的H₂，t₄-t₅時刻達到平衡，請在圖中畫出v逆的變化示意圖．
（2）對于反應Ⅱ，在一定溫度下，若將6a mol H₂和2amol CO₂放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO₂的轉化率為50%，則該反應的平衡常數(shù)為

 

（用a表示）．
    若此時再向該容器中投入a mol CO₂、3amol H₂、amol CH₃OH（g）和amol H₂O（g），判斷平衡移動的方向是

 

（“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）；與原平衡相比，CO₂的物質(zhì)的量濃度

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．
①陽極電極反應式為

 

．
②除去甲醇的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：化學反應速率的影響因素,化學平衡的影響因素,電解原理

專題：

分析：（1）①根據(jù)反應Ⅰ和反應Ⅱ的生成物可知，反應Ⅰ中生成物只有一種，而反應Ⅱ中還有水生成，即反應Ⅰ符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100%，所以反應Ⅰ優(yōu)于反應Ⅱ；
②根據(jù)圖象1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．從圖象上可看出生成物能量低于反應物能量，是放熱反應，△H=419-510=-91kJ/mol；
③從圖2曲線上可以看出，t₁時刻并沒有達到平衡狀態(tài)，t₁時刻逆反應速率瞬間增大，可使反應速率增大的因素有加壓、升溫、加催化劑等；
（2）根據(jù)可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的三段式計算平衡時各組分濃度，進而計算平衡常數(shù)；
若此時再向該容器中投入a mol CO₂、3amol H₂、amol CH₃OH（g）和amol H₂O（g），因為體積不變，相當于加壓，平衡正向移動．各物質(zhì)濃度都增加；
（3）原電池中陽極失電子，由題可知，Co2+在陽極失去電子，陽極電極反應式為Co²⁺-e^-=Co³⁺．Co³⁺做氧化劑，能把水中的甲醇氧化成CO2，反應的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答： 解：（1）①反應Ⅰ中生成物只有一種，而反應Ⅱ中還有水生成，反應I符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100%，故答案為：反應I符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100%；
②根據(jù)圖象1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．從圖象上可看出生成物能量低于反應物能量，是放熱反應，△H=419-510=-91kJ/mol，熱化學方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-91KJ/mol，故答案為：b；CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-91KJ/mol；
③從圖2曲線上可以看出，t₁時刻并沒有達到平衡狀態(tài)，t₁時刻逆反應速率瞬間增大，可使反應速率增大的因素有加壓、升溫、加催化劑等，若t₃時刻再在容器中加入一定量的H₂，t₄-t₅時刻達到平衡，圖象如圖，
故答案為：B；；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 2a       6a        0         0
轉化量（mol） a        3a        a         a
平衡量（mol） a        3a        a         a
體積為2L，平衡常數(shù)：K

a 2 × a 2

a 2 ×( 3a 2 )3

=

4

27a2

．
若此時再向該容器中投入a mol CO₂、3amol H₂、amol CH₃OH（g）和amol H₂O（g），因為體積不變，相當于加壓，平衡正向移動，各物質(zhì)濃度都增加，
故答案為：

4

27a2

；增大；
（3）原電池中陽極失電子，由題可知，Co²⁺在陽極失去電子，陽極電極反應式為Co²⁺-e^-=Co³⁺，Co³⁺做氧化劑，能把水中的甲醇氧化成CO₂，反應的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評：本題以甲醇為燃料綜合考查了燃料電池以及化學平衡問題，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，難度不大，注意正負極上電極反應式的書寫要結合電解質(zhì)溶液的酸堿性，即使燃料和氧化劑相同，如果電解質(zhì)溶液不同，電極反應式也不同．