Question

【題目】甲醇來源豐富、價格低廉、運輸貯存方便，是一種重要的化工原料，有著重要的用途和應用前景，可以用多種方法合成。

Ⅰ.用CO2生產甲醇

(1)已知：H2的燃燒熱為-285.8 kJ/mol，CH3OH(l)的燃燒熱為-725.8kJ/mol，CH3OH(g)= CH3OH(l)△H=-37.3 kJ/mol，則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=_______kJ/mol。

(2)將CO2和H2按物質的量之比1：3充入體積為2.0 L的恒容密閉容器中反應，如圖兩條曲線分別表示壓強為0.1 M Pa和5.0 MPa下CO2轉化率隨溫度的變化關系。

①其中a點的平衡常數表達式為：_________________。

②a，b兩點化學反應速率分別用va、vb表示，則va________vb (填“大于”、“小于”或“等于”)。

(3)在1.0 L恒容密閉容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，實驗測得不同溫度及壓強下，平衡時甲醇的物質的量變化如圖所示，下列說法正確的是___________。

A. 該反應的正反應為放熱反應

B. 壓強大小關系為p1<p2<p3

C. M點對應的平衡常數K的值約為1.04×10-2

D. 在p2及512K時，圖中N點v(正)<v(逆)

Ⅱ.用生產甲醇

(4)已知：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，如圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。

①該反應的焓變△H ______0(填“>”、“<”或“=”)。

②T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1_________K2(填“>”“<”或“=”)。

Ⅲ.甲醇的應用

(5)以甲醇為主要原料，電化學合成碳酸二甲酯的工作原理如圖所示。陽極的電極反應式為___________。

Answer 1

【答案】-94.3 大于 AC < > 2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+

【解析】

I.(1)將已知的熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式，據此求算△H；

(2)①平衡常數K=書寫；

②溫度相同時，依據壓強與二氧化碳的轉化率關系判斷A、B所在曲線的壓強高低，結合溫度對速率的影響判斷va與vb；

(3)A. 根據圖象，隨著溫度升高，平衡時甲醇的物質的量在減小，所以升溫平衡向逆反應方向移動；

B. 根據圖象，作一條等溫線，根據該反應為氣體體積減小的反應，壓強越大，平衡時甲醇的物質的量也越大判斷；

C. 由圖可知，M點對應的甲醇產量為0.25 mol，根據物質反應轉化關系，計算各種物質的平衡物質的量及濃度，然后結合平衡常數K含義計算；

D. 由圖可知，在p2及512 K時，N點甲醇的物質的量還小于平衡時的量，所以應該正向移動；

(4)①由圖象可知升高溫度CO的轉化率降低，說明升高溫度，化學平衡逆向移動；

②根據平衡常數的含義及溫度對平衡移動的影響分析比較K的關系；

(5)陽極上甲醇失電子和CO反應生成碳酸二甲酯。

I.(1)由CO、H2、CH3OH(g)的燃燒熱可得熱化學方程式：

①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H1=-285.8 kJ/mol；②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H2=-725.8 kJ/mol；③CH3OH(g)=CH3OH(l) △H3= -37.3 kJ/mol，根據蓋斯定律可知，3×①-②-③，整理可得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=-94.3 kJ/mol；

(2)①對于反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，根據平衡常數含義可知a點時反應平衡常數表達式為：K=；

②該反應的正反應是氣體體積減小的反應，在溫度相同時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO2的轉化率增大，由圖可知a點CO2的轉化率比b點大，增大壓強，反應速率加快，所以反應速率：va>vb；

(3)A. 由圖可知，隨著溫度升高，平衡時甲醇的物質的量在減小，說明升溫平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，故該反應的正反應為放熱反應，A正確；

B. 由圖可知，作一條等溫線，由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，壓強越大，平衡時甲醇的物質的量也越大，所以p1>p2>p3，B錯誤；

C. 由圖可知，M點對應的甲醇產量為0.25 mol，則根據反應方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)中物質反應關系可知：反應產生甲醇0.25 mol，則會同時產生0.25 mol H2O，會同時消耗0.25 mol CO2，消耗3×0.25 mol=0.75 mol H2，所以平衡時各種氣體的物質的量分別為n(CO2)=0.75 mol，n(H2)=2 mol，n(CH3OH)=n(H2O)=0.25 mol，由于容器的體積為1.0 L，所以K==1.04×10-2，C正確；

D. 由圖可知，在p2及512 K時，N點甲醇的物質的量還小于平衡時的量，說明反應應該正向移動，則v(正)>v(逆)，D錯誤；

故合理選項是AC；

(4)①由圖象可知：升高溫度CO的轉化率降低，說明升高溫度，化學平衡逆向移動，逆反應是吸熱反應，則該反應的正反應是放熱反應，所以△H<0；

②溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需要的時間縮短，所以根據圖象可知在溫度為T2時先達到平衡，所以溫度T2>T1，由圖象可知：升高溫度CO的轉化率降低，說明升高溫度化學平衡向逆反應方向移動，則K減小，因此即K1>K2；

(5)陽極上甲醇失電子和CO反應生成碳酸二甲酯，電極反應式為：2CH3OH+CO-2e-═(CH3O)2CO+2H+。