Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。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，發生的主要反應如下：

① CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH1 ＝－99kJ·mol－1

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　 ΔH3

（1）CO2的電子式是________________。

（2）ΔH3＝______kJ·mol－1，②反應正向的熵變ΔS______0(填“＞”“＜”或“＝”)。

（3）在容積為2 L的密閉容器中，充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反應)，在其他條件不變時，溫度T1、T2對反應的影響圖像如圖。

①溫度為T1時，從反應到平衡，生成甲醇的平均速率為v(CH3OH)＝_____ mol·L－1·min－1。

②圖示的溫度T1______T2（填寫“>”、“<”或“=”）

（4）T1溫度時，將2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密閉容器中，充分反應(上述②反應)達到平衡后，若CO2轉化率為50%，此時容器內的壓強與起始壓強之比為________；反應②在該溫度達到平衡時，其平衡常數的數值為_______。

（5）若反應②在原電池條件下實現，請寫出酸性條件下惰性電極上由CO2生成CH3OH的電極反應式：____________________,該電極為原電池的_______極。

Answer 1

【答案】 ＋41 ＜ ＜ 3∶4 0.148～0.15（或1/6.75以及4/27 ） CO2 + 6e- + 6H+ = CH3OH + H2O 正

【解析】

（1）CO2的電子式為。

（2）應用蓋斯定律計算ΔH3。反應②正向的ΔS<0。

（3）①根據圖像中數值用公式υ=計算υ（CH3OH）。

②用“先拐先平”法分析，圖像中T2先出現拐點，T2反應速率快，則T1<T2。

（4）用三段式和化學平衡常數的表達式計算。

（5）1molCO2得到6mol電子生成1molCH3OH，結合原子守恒、電荷守恒寫電極反應式；該反應為還原反應，在原電池的正極上發生。

（1）CO2的電子式為。

（2）分析各熱化學方程式，應用蓋斯定律，將②-①得，CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH3=ΔH2-ΔH1=（-58kJ/mol）-（-99kJ/mol）=+41kJ/mol。反應②中氣體反應物的化學計量數之和為4，氣體生成物的化學計量數之和為2<4，反應②正向的ΔS<0。

（3）①根據圖像，溫度為T1時，從反應到平衡反應生成CH3OH物質的量為nAmol，生成甲醇的平均速率為υ（CH3OH）=mol/（L·min）=mol/（L·min）。

②用“先拐先平”法分析，圖像中T2先出現拐點，T2反應速率快，根據溫度對化學反應速率的影響知：T1<T2。

（4）用三段式， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）1 3 0 0

c（轉化）（mol/L）1×50%=0.5 1.5 0.5 0.5

c（平衡）（mol/L）0.5 1.5 0.5 0.5

在恒溫恒容時氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，此時容器內的壓強與起始壓強之比為（0.5+1.5+0.5+0.5）：（1+3）=3:4。該反應的平衡常數K===0.15。

（5）CO2中C元素的化合價為+4價，CH3OH中C元素的化合價為-2價，1molCO2得到6mol電子生成1molCH3OH，結合原子守恒、電荷守恒和酸性條件，CO2生成CH3OH的電極反應式為CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O，該反應為還原反應，該電極為原電池的正極。