Question

【題目】甲醇耐高溫、易存儲(chǔ)熱值高、節(jié)能環(huán)保，可做燃料，又是重要的化工原料。科學(xué)家用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與反應(yīng)生成甲醇。已知：、和的燃燒熱H分別為、和。請(qǐng)回答下列問題：

(1)用太陽能分解水消耗的能量是________。

(2)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________。

(3)催化加氫合成甲醇(反應(yīng)Ⅱ)中伴隨著反應(yīng)Ⅰ的發(fā)生：

反應(yīng)Ⅰ：

反應(yīng)Ⅱ：

在恒壓、和的起始量一定的條件下，平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：的選擇性

①溫度高于300℃，平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是_________。

②220℃時(shí)，在催化劑作用下與反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得的選擇性為48%(圖中A點(diǎn))。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高選擇性的措施有_________________(寫出兩點(diǎn))。

(4)在體積為的密閉容器中充入和發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，到平衡時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率為25%，求該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。(結(jié)果保留二位有效數(shù)字)

(5)研究證實(shí)，也可在硫酸溶液中用惰性電極電解生成甲醇，生成甲醇的電極反應(yīng)式為__________，另一極電解產(chǎn)物是________________。

Answer 1

【答案】571.6 反應(yīng)Ⅰ的，反應(yīng)Ⅱ的，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度 增大壓強(qiáng)，使用對(duì)反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑 0.0062

【解析】

（1）氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計(jì)算；

（2）CO和CH3OH的燃燒熱概念先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來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；

（3）①根據(jù)題干信息，反應(yīng)Ⅰ的，反應(yīng)Ⅱ的，分析溫度對(duì)反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的平衡移動(dòng)情況即可；

②根據(jù)的選擇性的定義，溫度不能改變，只能改變壓強(qiáng)和濃度，分析增大H2的濃度和增大壓強(qiáng)，對(duì)反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ平衡的影響，也可通過催化劑的選擇性來控制反應(yīng)Ⅱ和反應(yīng)Ⅰ的發(fā)生；

(4)根據(jù)題干信息，進(jìn)行三段式計(jì)算可知： ，代入平衡常數(shù)表達(dá)式求出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；

(5)分析該過程中碳的化合價(jià)由+4價(jià)降低為-2價(jià)發(fā)生還原反應(yīng)，故生成甲醇在陰極上發(fā)生，且電解質(zhì)是硫酸溶液，故其電極反應(yīng)式為，另一極即陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極方程式為： ，故電解產(chǎn)物為O2。

Ⅰ．（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJmol-1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（l）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解2mol H2O（l）消耗的能量為285.8kJ×2=571.6kJ，故答案為：571.6 kJ；
（2）由CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJmol-1和-726.5kJmol-1，則
①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1
②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJmol-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=-726.5kJmol-1-（-283.0kJmol-1）=-443.5kJmol-1，
故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.5kJmol-1；

（3）①由題干可知：反應(yīng)Ⅰ的，故溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率上升；而反應(yīng)Ⅱ的，故溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率下降，但由于上升幅度超過下降幅度，最終導(dǎo)致CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升，故答案為：反應(yīng)Ⅰ的，反應(yīng)Ⅱ的，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度；

②根據(jù)的選擇性的定義，想提高其選擇性，應(yīng)該使得平衡向生成更多CH3OH的方向移動(dòng)，溫度不能改變，只能改變壓強(qiáng)和濃度，若增大H2的濃度，反應(yīng)Ⅰ也向正向移動(dòng)，故CH3OH的選擇性不一定提高，但是增大壓強(qiáng)，反應(yīng)Ⅰ平衡不移動(dòng)，反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)，故CH3OH的選擇性一定提高，同時(shí)也可通過改變催化劑來控制反應(yīng)Ⅱ和反應(yīng)Ⅰ的發(fā)生，尋找一種對(duì)反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑來提高其選擇性，故答案為：增大壓強(qiáng)，使用對(duì)反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑；

(4)在體積為的密閉容器中充入和發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，到平衡時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率為25%，根據(jù)三段式計(jì)算可知： ，該反應(yīng)的平衡常數(shù)，故答案為：0.0062；

(5)研究證實(shí)，也可在硫酸溶液中用惰性電極電解生成甲醇，該過程中碳的化合價(jià)由+4價(jià)降低為-2價(jià)發(fā)生還原反應(yīng)，故生成甲醇在陰極上發(fā)生，且電解質(zhì)是硫酸溶液，故其電極反應(yīng)式為，另一極即陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極方程式為： ，故電解產(chǎn)物為O2，故答案為：，O2。