16.甲醇是重要的化工原料,又可做為燃料.利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇,發(fā)生的主反應(yīng)如下:
ⅠCO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1
ⅡCO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ/mol
ⅢCO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H3
回答下列問題:
(1)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱是常用的化學(xué)熱力學(xué)數(shù)據(jù),可以用來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱.即化學(xué)反應(yīng)熱:△H=生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱綜合-反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和.
已知四種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱如表:
物質(zhì)COCO2H2CH3OH(g)
標(biāo)準(zhǔn)生成熱(kJ/mol)-110.52-393.510-201.25
A.計(jì)算△H1=-90.73kJ/molkJ/mol      B.△H3>0(填=、<、>)
(2)由甲醇在一定條件下制備甲醚.一定溫度下,在三個(gè)體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g).實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表:
容器編號(hào)溫度(℃)起始物質(zhì)的量(mol)平衡物質(zhì)的量(mol)
CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OCH3(g)H2O(g)
a3870.20000.0800.080
b3870.4000
c2070.20000.0900.090
下列說法正確的是AD
A.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
B.達(dá)到平衡時(shí),容器a中的CH3OH體積分?jǐn)?shù)比容器b中的小
C.容器a中反應(yīng)到達(dá)平衡所需時(shí)間比容器c中的長
D.若起始時(shí)向容器a中充入CH3OH 0.15mol、CH3OCH3 0.15mol和H2O 0.10mol,則反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進(jìn)行
(3)合成氣的組成$\frac{n({H}_{2})}{n(CO+C{O}_{2})}$=2.60時(shí),體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示.
①α(CO)值隨溫度升高而減。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p小”),其原因是升高溫度時(shí),反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng),平衡向左移動(dòng),使得體系中CO的量增大;反應(yīng)Ⅲ為吸熱反應(yīng),平衡向右移動(dòng),CO產(chǎn)生的量也增大;總結(jié)果,隨溫度升高,使CO的轉(zhuǎn)化率降低.
②圖中P1、P2、P3的大小關(guān)系為P3>P2>P1,其判斷理由是相同溫度下,由于反應(yīng)Ⅰ為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率;而反應(yīng)Ⅲ為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng),產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響;故增大壓強(qiáng),CO的轉(zhuǎn)化率升高.
(4)甲醇可以制成燃料電池,與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點(diǎn)是:裝置簡單,減小了電池的體積;若以硫酸作為電解質(zhì)其負(fù)極反應(yīng)為:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

分析 (1)化學(xué)反應(yīng)熱:△H=生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱綜合-反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和,結(jié)合圖表數(shù)據(jù)和反應(yīng)ⅠCO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1,ⅡCO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ/mol,ⅢCO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H3,結(jié)合蓋斯定律計(jì)算分析;
(2)A.對(duì)比a、c可知,升高溫度CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量減小,說明平衡逆向移動(dòng),而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng);
B.b等效為a中平衡基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍,反應(yīng)氣體體積不變,平衡不移動(dòng);
C.溫度越高,反應(yīng)速率越快;
D.根據(jù)a中數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù),計(jì)算此時(shí)濃度商Qc,若Qc=K,處于平衡狀態(tài),若Qc<K,反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行,若Qc>K,反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行;
(3)①由圖可知,壓強(qiáng)一定時(shí),隨溫度的升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,根據(jù)升高溫度對(duì)反應(yīng)①、③的影響,進(jìn)行分析CO轉(zhuǎn)化率變化原因;
②相同溫度下,反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變,壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動(dòng),反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子式減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng),有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率增大;
(4)從裝置結(jié)構(gòu)分析,硫酸做電解質(zhì)溶液,負(fù)極甲醇失電子得到二氧化碳,結(jié)合電荷守恒書寫電極反應(yīng).

解答 解:(1)A.反應(yīng)Ⅰ、CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-201.25KJ/mol-(-110.52KJ/mol)-0=-90.73 kJ/mol,
故答案為:-90.73 kJ/mol;
B.Ⅱ、CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ/mol,
Ⅲ、CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H3,
蓋斯定律計(jì)算Ⅱ-Ⅲ得到CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(-58kJ/mol-△H3)=-90.73 kJ/mol,△H3=+32.73KJ/mol,則△H3>0,
故答案為:>;
(2)A.對(duì)比a、c可知,升高溫度CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量減小,說明平衡逆向移動(dòng),而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),故A正確;
B.b等效為a中平衡基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍,反應(yīng)氣體體積不變,平衡不移動(dòng),容器a中的CH3OH體積分?jǐn)?shù)與容器b中的相等,故B錯(cuò)誤;
C.a(chǎn)中溫度高,反應(yīng)速率快,到達(dá)平衡時(shí)間更短,故C錯(cuò)誤;
D.容器a中平衡時(shí)c(CH3OCH3)=c(H2O)=$\frac{0.08mol}{1L}$=0.080mol/L,c(CH3OH)$\frac{0.2mol-0.08mol×2}{1L}$=0.04mol/L,容器a中化學(xué)平衡常數(shù)K1=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4,此時(shí)濃度商Qc=$\frac{0.15×0.1}{0.1{5}^{2}}$=0.67<K=4,反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行,故D正確,
故答案為:AD;
(3)①由圖可知,壓強(qiáng)一定時(shí),隨溫度的升高,CO的轉(zhuǎn)化率減小,反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),平衡體系中CO的量增大,反應(yīng)③為吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),又使平衡體系中CO的增大,總結(jié)果,隨溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率減小,
故答案為:減小;反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),平衡體系中CO的量增大,反應(yīng)③為吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),又使平衡體系中CO的增大,總結(jié)果,隨溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率減。
②相同溫度下,反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變,壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動(dòng),反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng),有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率增大,故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高,故壓強(qiáng):P1>P2>P3,
故答案為:P1>P2>P3;相同溫度下,反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變,壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動(dòng),反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng),有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率增大,故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高;
(4)甲醇可以制成燃料電池,與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點(diǎn)是裝置簡單,減小了電池的體積,負(fù)極甲醇失電子得到二氧化碳,結(jié)合電荷守恒書寫電極反應(yīng)CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,
故答案為:裝置簡單,減小了電池的體積;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計(jì)算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡圖象綜合應(yīng)用、原電池原理的理解分析等,側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力,需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ),難度中等.

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