Question

【題目】工業上可通過煤的液化合成甲醇，主反應為:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H=x。

(1)已知常溫下CH3OH、H2和CO 的燃燒熱分別為726.5 kJ/mol、285.5 kJ/mol、283.0 k J/mol，則x=____；為提高合成甲醇反應的選擇性，關鍵因素是__________________________。

(2)TK下，在容積為1.00 L的某密閉容器中進行上述反應,相關數據如圖一。

①該化學反應0~10 min的平均速率v(H2)=_______；M和N點的逆反應速率較大的是_____(填“v逆(M)”、“v逆(N)”或“不能確定”)。

②10 min時容器內CO的體積分數為______。

③對于氣相反應，常用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質的量濃度(cB)表示平衡常數(以KP表示)，其中，pB=p總×B的體積分數；若在TK 下平衡氣體總壓強為x atm，則該反應KP=____(計算表達式)。實驗測得不同溫度下的lnK(化學平衡常數K 的自然對數)如圖二，請分析1nK 隨T呈現上述變化趨勢的原因是________________。

(3)干燥的甲醇可用于制造燃料電池。

①研究人員發現利用NaOH 干燥甲醇時，溫度控制不當會有甲酸鹽和H2生成，其反應方程式為______________________________；

②某高校提出用CH3OH-O2燃料電池作電源電解處理水泥廠產生的CO2(以熔融碳酸鹽為介質)，產物為C 和O2。其陽極電極反應式為___________________________。

Answer 1

【答案】 -127.5 kJ/mol 催化劑(或提高催化劑的選擇性) 0.12 mol/（L·min) 不能確定 2/9(或22.22%) atm-2 該反應正反應為放熱反應，當溫度升高平衡逆向移動，平衡常數(Kp或lnKp)減小 CH3OH+ NaOH HCOONa+ 2H2 ↑ 2CO32--4e-==2CO2↑+O2↑

【解析】(1)已知常溫下CH3OH、H2和CO的燃燒熱分別為726.5kJ/mol、285.5kJ/mol、283.0kJ/mol，則有①CH3OH(l)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l) △H1=-726.5kJ/mol，②H2(g)+ O2(g)= H2O(l) △H2=-285.5kJ/mol，③CO(g)+ O2(g)= CO2(g) △H3=-283.0kJ/mol， 根據蓋斯定律，由③+②×2-①得反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)△H=-283.0kJ/mol+（-285.5kJ/mol）×2-（-726.5kJ/mol）= -127.5kJ/mol，即x= -127.5kJ/mol；為提高合成甲醇反應的選擇性，關鍵因素是催化劑或提高催化劑的選擇性；(2)①該化學反應0~10min的平均速率v(H2)= =0.12mol/（L·min）；N點改變的條件未知，無法確定濃度變化是增大還是減小，M和N點的逆反應速率大小不能確定；②10min時容器內CH3OH、H2和CO的物質的量濃度分別為0.6mol/L、0.4mol/L、0.8mol/L，故CO的體積分數為；③溫度不變，平衡常數不變，故TK下10min時，反應達平衡時CH3OH、H2和CO的物質的量濃度分別為0.6mol/L、0.4mol/L、0.8mol/L，體積分數分別為、、，KP== atm-2；實驗測得不同溫度下的lnK(化學平衡常數K的自然對數)如圖二，請分析1nK隨T呈現上述變化趨勢的原因是該反應正反應為放熱反應，當溫度升高平衡逆向移動，平衡常數(Kp或lnKp)減小；(3) ①利用NaOH干燥甲醇時，溫度控制不當會有甲酸鹽和H2生成，其反應方程式為CH3OH+NaOH HCOONa+2H2↑；②陽極CO32-失電子產生氧氣，電極反應式為2CO32--4e-==2CO2↑+O2↑。