Question

11．回答下列有關(guān)重要化工原料甲醇的有關(guān)問題
（1）合成氣用于制備甲醇的反應(yīng)為2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H
①根據(jù)下表中有關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)求算該反應(yīng)的△H=-99kJ．mol^-1

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

②在T℃、恒容條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2．若起始時投入2molH₂、1molCO，反應(yīng)達(dá)到平衡時p（CH₃OH）=24.0kPa，則平衡混合氣體中CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)約為44.4%（Kp是平衡分壓代替平衡濃度計算所得平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強(qiáng)對制備甲醇反應(yīng)的影響增大壓強(qiáng)使反應(yīng)體系各組分濃度增大，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡正向移動，H₂、CO的轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OH的產(chǎn)率增大
（2）利用甲醇合成二甲醚的反應(yīng)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(yīng)：

容器編號	溫度（℃）	起始物質(zhì)的量（mol）	平衡物質(zhì)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(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=4．若起始時項容器Ⅰ中充入0.1molCH₃OH、0.15molCH₃OCH₃和0.10molH₂O，則反應(yīng)將向正（填“正”或“逆”）反應(yīng)方向進(jìn)行
③容器Ⅱ中反應(yīng)達(dá)到平衡后，若要進(jìn)一步提高甲醚的產(chǎn)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(xué)合成（CH₃O）₂CO的工作 原理如圖所示

電源負(fù)極為B（填“A”或“B”），寫出陽極的電極反應(yīng)式2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺．若參加反應(yīng)的O₂為1.12m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則制得（CH₃O）₂CO的質(zhì)量為9kg．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)熱=反應(yīng)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(yīng)，故平衡時二者物質(zhì)的量之比為2：1，二者分壓之比為2：1，設(shè)平衡時CO分壓為p，則氫氣分壓為2p，結(jié)合平衡常數(shù)計算CO分壓，相同條件下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，進(jìn)而計算平衡混合氣體中CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
增大壓強(qiáng)反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，平衡正向移動；
（2）①Ⅱ等效為在I的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變；
②計算濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行；
③計算207℃時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，與387℃時平衡常數(shù)K=4比較，判斷反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，應(yīng)改變溫度使Ⅱ中平衡正向移動；
（3）由結(jié)構(gòu)示意圖可知，電解池左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)、右側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，則電解池左側(cè)為陽極，連接電源的正極，右側(cè)為陰極，連接電源的負(fù)極，陽極是甲醇、CO失去電子生成（CH₃O）₂CO與氫離子；
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算生成（CH₃O）₂CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算其質(zhì)量．

解答 解：（1）①反應(yīng)熱=反應(yīng)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(yīng)，故平衡時二者物質(zhì)的量之比為2：1，二者分壓之比為2：1，設(shè)平衡時CO分壓為p，則氫氣分壓為2p，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2，反應(yīng)達(dá)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(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，故平衡時H₂、CO、CH₃OH的物質(zhì)的量之比為20：10：24=10：5：12，則平衡混合氣體中CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為$\frac{12}{10+5+12}$=44.4%；
增大壓強(qiáng)使反應(yīng)體系各組分濃度增大，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡正向移動，H₂、CO的轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OH的產(chǎn)率增大，
故答案為：44.4%；增大壓強(qiáng)使反應(yīng)體系各組分濃度增大，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡正向移動，H₂、CO的轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OH的產(chǎn)率增大；
（2）①Ⅱ等效為在I的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，設(shè)轉(zhuǎn)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(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)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(shù)K=$\frac{0.09×0.09}{0.0{2}^{2}}$=20.25，大于387℃時平衡常數(shù)，說明降低溫度平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，容器Ⅱ中反應(yīng)達(dá)到平衡后，若要進(jìn)一步提高甲醚的產(chǎn)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(jié)構(gòu)示意圖可知，電解池左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)、右側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，則電解池左側(cè)為陽極，連接電源的正極，右側(cè)為陰極，連接電源的負(fù)極，B為電源的負(fù)極，陽極是甲醇、CO失去電子生成（CH₃O）₂CO與氫離子，電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺，
消耗氧氣為$\frac{1120}{22.4L/mol}$=50mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成（CH₃O）₂CO的物質(zhì)的量為$\frac{50mol×4}{2}$$\frac{50mol}{2}$=100mol，則制得（CH₃O）₂CO的質(zhì)量為100mol×90g/mol=9000g=9Kg，
故答案為：B；2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺；9．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、反應(yīng)熱計算、電化學(xué)等，側(cè)重考查學(xué)生解決問題能力，難度中等．