Question

17．甲醇（CH₃OH）是重要的溶劑和替代燃料．
（1）CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，可以在一定條件下制備甲醇．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．若壓強(qiáng)、投料比x[n（CO）/n（H₂）]對(duì)該反應(yīng)的影響如圖1所示，則圖中曲線所示的壓強(qiáng)關(guān)系：p₁＜ p₂ （填“=”“＞”或“＜”）．

（2）NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+163.9kJ•mol^-1
HCl（g）+CH₃OH（g）→CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
寫出氯化銨和甲醇反應(yīng)的熱化學(xué)方程式NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1，該反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行的原因是△S＞0．由圖2知，HCl和CH₃OH的混合氣體通過催化劑時(shí)的最佳流速在20L•min^-1～30L•min^-1之間．流速過快，會(huì)導(dǎo)致氯甲烷產(chǎn)率下降，原因是流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時(shí)間過短，原料利用率降低，導(dǎo)致產(chǎn)率降低．流速過慢，會(huì)使副產(chǎn)物二甲醚增多，其反應(yīng)為2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O，生產(chǎn)中常通入適量的水蒸氣，該操作對(duì)制備CH₃Cl的影響是對(duì)主副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時(shí)，也降低了其產(chǎn)率．
（3）將有機(jī)污水去除氧氣后加入到如圖3所示的微生物電解池內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)污水處理和二氧化碳還原制甲醇．寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的含量降低；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
當(dāng)△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行；
流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時(shí)間過短，原料利用率降低；
主、副反應(yīng)中都有水生成，對(duì)主、副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時(shí)，也降低了其產(chǎn)率；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，由電解池圖結(jié)構(gòu)可知，二氧化碳獲得電子，在氫離子參與反應(yīng)條件下生成甲醇．

解答 解：（1）可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
由圖可知，壓強(qiáng)P₁時(shí)的百分含量大于壓強(qiáng)P₂的百分含量，由于正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的含量降低，故壓強(qiáng)P₁＜P₂，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
（2）已知：①NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+163.9kJ•mol^-1
②HCl（g）+CH₃OH（g）→CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1；
當(dāng)△G=△H-T△S＜0，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，由于反應(yīng)△S＞0，再高溫下可以自發(fā)進(jìn)行；
流流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時(shí)間過短，原料利用率降低，導(dǎo)致產(chǎn)率降低；
主、副反應(yīng)中都有水生成，對(duì)主、副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時(shí)，也降低了其產(chǎn)率；
故答案為：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1；△S＞0；流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時(shí)間過短，原料利用率降低，導(dǎo)致產(chǎn)率降低；對(duì)主副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時(shí)，也降低了其產(chǎn)率；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，由電解池圖結(jié)構(gòu)可知，二氧化碳獲得電子，在氫離子參與反應(yīng)條件下生成甲醇，陰極電極反應(yīng)式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)含義及影響因素、熱化學(xué)方程式的書寫、可逆反應(yīng)條件控制、電極反應(yīng)式書寫等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用，難度中等．