Question

以CO₂為碳源制取低碳有機(jī)物成為國(guó)際研究焦點(diǎn)，下面為CO₂加氫制取低碳醇的熱力學(xué)數(shù)據(jù)：
反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1

（1）寫出由CH₃OH（g）合成CH₃CH₂OH（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：

 

．
（2）對(duì)反應(yīng)Ⅰ，在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是

 

（選填編號(hào)）．
a．反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物   b．平衡常數(shù)K不再增大
c．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再增大      d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變
（3）在密閉容器中，反應(yīng)Ⅰ在一定條件達(dá)到平衡后，其它條件恒定，能提高CO₂轉(zhuǎn)化率的措施是

 

（選填編號(hào)）．
A、降低溫度      B、補(bǔ)充CO₂        C、加入催化劑       D、移去甲醇
（4）研究員以生產(chǎn)乙醇為研究對(duì)象，在密閉容器中，按H₂與CO₂的物質(zhì)的量之比為3：1進(jìn)行投料，在5MPa下測(cè)得不同溫度下平衡體系中各種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)（y%）如圖1所示．表示CH₃CH₂OH組分的曲線是

 

；圖2中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)y_a=

 

%（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（5）一種以甲醇作燃料的電池示意圖如圖2．寫出該電池放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）從化學(xué)平衡的定義來(lái)看，判斷一個(gè)可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡有兩個(gè)標(biāo)志：一是正逆反應(yīng)速率相等，二是各組分的濃度不再變化；平衡常數(shù)隨溫度變化，依據(jù)平衡常數(shù)概念結(jié)合平衡常數(shù)變化和平衡移動(dòng)原理分析平衡發(fā)生移動(dòng)的方向；根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響分析判斷速率變化，提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的方法是增加另一種物質(zhì)，分離出生成物，改變溫度、壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（3）根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響分析判斷速率變化；提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的方法是增加另一種物質(zhì)，分離出生成物，改變溫度、壓強(qiáng)使平衡正向移動(dòng)；
（4）反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量增大，開(kāi)始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時(shí)H₂的含量比二氧化碳高；平衡時(shí)CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時(shí)H₂O的含量高；a點(diǎn)為II和III的交點(diǎn)，設(shè)此時(shí)II C₂H₅OH體積為V，那么III H₂也為V，根據(jù)方程式中的關(guān)系求出CO₂和H₂O的體積，再求體積分?jǐn)?shù)y_a；
（5）甲醇燃料在原電池中做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）已知：反應(yīng)I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ?mol^-1
反應(yīng)II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律Ⅱ-I×2得：2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）；△H=-75.6 kJ?mol^-1；
故答案為：2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6 kJ?mol^-1；
（2）反應(yīng)Ⅰ，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同；在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是：
a．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)是正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行，所以不存在反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物的狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無(wú)關(guān)，故b錯(cuò)誤；
c．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再增大，即反應(yīng)達(dá)到限度，是平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少，質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增大，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變時(shí)即是平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：cd；
（3）其他條件恒定，如果想提高CO₂的反應(yīng)速率，可以采取的反應(yīng)條件是：
a、降低溫度，反應(yīng)速率減小，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；
b、補(bǔ)充CO₂，反應(yīng)物的濃度增大，反應(yīng)速率加快，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故b錯(cuò)誤；
c、加入催化劑 改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，故c錯(cuò)誤；
d、移去甲醇，生成物濃度減小，速率降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
故答案為：ad；
（4）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量增大，CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低．
開(kāi)始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍；
CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍．
曲線Ⅰ、曲線Ⅱ隨溫度升高含量降低，且曲線Ⅱ的含量高，所以曲線Ⅰ表示CH₃CH₂OH、曲線Ⅱ表示H₂O．
a點(diǎn)為II和III的交點(diǎn)，設(shè)此時(shí)II C₂H₅OH體積為V，那么III H₂也為V，可知為CO₂ 為

1

3

V，H₂O為C₂H₅OH的三倍，則為3V，
所以a對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)y_a=

V

V+V+ 1 3 V+3V

×100%=18.8%；
故答案為：Ⅰ；18.8%；
（5）依據(jù)圖示分析，甲醇做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在熔融鹽做電解質(zhì)中發(fā)生的電極反應(yīng)為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，圖象理解應(yīng)用，原電池原理的分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．