Question

11．回答下列有關重要化工原料甲醇的有關問題
（1）合成氣用于制備甲醇的反應為2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H
①根據下表中有關化學鍵鍵能數據求算該反應的△H=-99kJ．mol^-1

化學鍵	H-H	C-O	C≡O	H-O	C-H
E/（kJ•mol-1）	436	343	1076	465	413

②在T℃、恒容條件下，該反應的平衡常數Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2．若起始時投入2molH₂、1molCO，反應達到平衡時p（CH₃OH）=24.0kPa，則平衡混合氣體中CH₃OH的物質的量分數約為44.4%（Kp是平衡分壓代替平衡濃度計算所得平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數）．根據化學反應原理，分析增加壓強對制備甲醇反應的影響增大壓強使反應體系各組分濃度增大，反應速率加快，正反應為氣體物質的量減小的反應，壓強增大平衡正向移動，H₂、CO的轉化率增大，CH₃OH的產率增大
（2）利用甲醇合成二甲醚的反應如下：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），一定溫度下，在三個體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生該反應：

容器編號	溫度（℃）	起始物質的量（mol）	平衡物質的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O
Ⅰ	387	0.20	x
Ⅱ	387	0.40		y
Ⅲ	207	0.20	0.090	0.090

①$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{2}$
②已知387℃時該反應的化學平衡常數K=4．若起始時項容器Ⅰ中充入0.1molCH₃OH、0.15molCH₃OCH₃和0.10molH₂O，則反應將向正（填“正”或“逆”）反應方向進行
③容器Ⅱ中反應達到平衡后，若要進一步提高甲醚的產率，可以采取的溫度方面的措施是降低溫度
（3）用甲醇電化學合成（CH₃O）₂CO的工作 原理如圖所示

電源負極為B（填“A”或“B”），寫出陽極的電極反應式2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺．若參加反應的O₂為1.12m³（標準狀況），則制得（CH₃O）₂CO的質量為9kg．

Answer 1

分析 （1）①反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
②起始時投入2molH₂、1molCO，二者按2：1反應，故平衡時二者物質的量之比為2：1，二者分壓之比為2：1，設平衡時CO分壓為p，則氫氣分壓為2p，結合平衡常數計算CO分壓，相同條件下，壓強之比等于物質的量之比，進而計算平衡混合氣體中CH₃OH的物質的量分數；
增大壓強反應速率加快，正反應為氣體物質的量減小的反應，平衡正向移動；
（2）①Ⅱ等效為在I的基礎上壓強增大一倍，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，反應物轉化率不變；
②計算濃度商Qc，與平衡常數比較，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應向逆反應進行，若Qc＜K，反應向正反應進行；
③計算207℃時該反應的化學平衡常數，與387℃時平衡常數K=4比較，判斷反應是吸熱反應還是放熱反應，應改變溫度使Ⅱ中平衡正向移動；
（3）由結構示意圖可知，電解池左側發(fā)生氧化反應、右側發(fā)生還原反應，則電解池左側為陽極，連接電源的正極，右側為陰極，連接電源的負極，陽極是甲醇、CO失去電子生成（CH₃O）₂CO與氫離子；
根據電子轉移守恒計算生成（CH₃O）₂CO的物質的量，再根據m=nM計算其質量．

解答 解：（1）①反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則△H=2×436kJ．mol^-1+1076kJ．mol^-1-3×413kJ．mol^-1-343kJ．mol^-1-465kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1，
故答案為：-99；
②起始時投入2molH₂、1molCO，二者按2：1反應，故平衡時二者物質的量之比為2：1，二者分壓之比為2：1，設平衡時CO分壓為p，則氫氣分壓為2p，該反應的平衡常數Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2，反應達到平衡時p（CH₃OH）=24.0kPa，則$\frac{24kPa}{（2p）^{2}×p}$=6.0×10^-3（kPa）^-2，解得p=10kPa，相同條件下，壓強之比等于物質的量之比，故平衡時H₂、CO、CH₃OH的物質的量之比為20：10：24=10：5：12，則平衡混合氣體中CH₃OH的物質的量分數為$\frac{12}{10+5+12}$=44.4%；
增大壓強使反應體系各組分濃度增大，反應速率加快，正反應為氣體物質的量減小的反應，壓強增大平衡正向移動，H₂、CO的轉化率增大，CH₃OH的產率增大，
故答案為：44.4%；增大壓強使反應體系各組分濃度增大，反應速率加快，正反應為氣體物質的量減小的反應，壓強增大平衡正向移動，H₂、CO的轉化率增大，CH₃OH的產率增大；
（2）①Ⅱ等效為在I的基礎上壓強增大一倍，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，反應物轉化率不變，設轉化率為a，則x=2a，y=4a，故$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{2}$，
故答案為：$\frac{1}{2}$；
②濃度商Qc=$\frac{0.15×0.1}{0．{1}^{2}}$=1.5＜K=4，故反應向正反應進行，故答案為：正；
③207℃時，平衡時甲醚與水均為0.09mol，則消耗的甲醇為0.18mol，平衡時甲醇為0.02mol，則平衡常數K=$\frac{0.09×0.09}{0.0{2}^{2}}$=20.25，大于387℃時平衡常數，說明降低溫度平衡向正反應進行，故正反應為放熱反應，容器Ⅱ中反應達到平衡后，若要進一步提高甲醚的產率，可在溫度方面的措施為：降低溫度，
故答案為：降低溫度；
（3）由結構示意圖可知，電解池左側發(fā)生氧化反應、右側發(fā)生還原反應，則電解池左側為陽極，連接電源的正極，右側為陰極，連接電源的負極，B為電源的負極，陽極是甲醇、CO失去電子生成（CH₃O）₂CO與氫離子，電極反應式為：2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺，
消耗氧氣為$\frac{1120}{22.4L/mol}$=50mol，根據電子轉移守恒可知，生成（CH₃O）₂CO的物質的量為$\frac{50mol×4}{2}$$\frac{50mol}{2}$=100mol，則制得（CH₃O）₂CO的質量為100mol×90g/mol=9000g=9Kg，
故答案為：B；2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺；9．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應熱計算、電化學等，側重考查學生解決問題能力，難度中等．