Question

【題目】Ⅰ 甲醇是重要的化工原料,在日常生活中有著廣泛的應用.

（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：

反應Ⅰ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

反應Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2

在以上制備甲醇的兩個反應中:反應I優(yōu)于反應II,原因為_____________。

（2）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH1＝－Q1 kJ／mol

②2CO(g)+ O2(g)＝2CO2(g) ΔH2＝－Q2 kJ／mol

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3＝－Q3 kJ／mol

請寫出甲醇發(fā)生不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學反應方程式：_______。

（3）某同學依據(jù)甲醇燃燒的反應原理，設計如下圖所示的電池裝置，工作一段時間后，測得溶液的pH將___________填“升高”、“降低”、“不變”），該燃料電池負極反應的離子方程式為：________________。

Ⅱ 325K、起始壓強為100kPa時，在體積為2L的密閉容器中充入4.6 g NO2 ,發(fā)生反應：2NO2(g)N2O4(g)。

（1）NO2與N2O4的消耗速率與其濃度的關系如圖所示，圖中交點A表示該反應所處的狀態(tài)為________；

A．平衡狀態(tài) B．朝正反應方向移動 C．朝逆反應方向移動 D．無法判斷

（2）能夠說明上述反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的有____________；

a．NO2和N2 O4的物質的量相等

b．體系顏色不在變化

c．容器內混合氣體的密度不再改變

d．容器內氣體壓強不發(fā)生變化

（3）若達到平衡后容器內混合氣體的平均相對分子質量為57.5。平衡時NO2的轉化率為_______，此條件下的平衡常數(shù)K=________________。

Answer 1

【答案】 反應I符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100% CH3OH(l)＋O2(g)＝CO(g)＋2H2O(g) ΔH=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ／mol 降低 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O C bd 40% 100/9(或11.11)

【解析】Ⅰ、（1）反應I中反應物完全轉化，原子利用率為100%，符合“原子經(jīng)濟性”的原則，所以制備甲醇的兩個反應中反應I優(yōu)于反應II；

（2）已知在常溫常壓下：

①2CH3 OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2 O(l)ΔH1＝－Q1 kJ／mol

②2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) ΔH2＝－Q2 kJ／mol

③H2 O(g)＝H2 O(l) ΔH3＝－Q3 kJ／mol

根據(jù)蓋斯定律可知0.5×①－0.5×②－2×③即得到甲醇發(fā)生不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學反應方程式為CH3 OH(l)＋O2(g)＝CO(g)＋2H2O(g) ΔH=(2Q3+0.5Q2－0.5Q1) kJ/mol。

（3）反應中甲醇失去電子轉化為碳酸鉀，因此工作一段時間后，測得溶液的pH將降低，該燃料電池負極反應的離子方程式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

Ⅱ、（1）圖中交點A表示的消耗速率v（N2O4）=v（NO2），而達到平衡時NO2的消耗速率應該是N2O4消耗速率的2倍，v（NO2）=2v（N2O4），因此此時v逆大于v正，所以反應向逆反應方向移動，答案選C。（2）a．NO2和N2O4的物質的量相等，不能說明正逆反應速率相等，不一定處于平衡狀態(tài)，a錯誤；b．體系顏色不在變化是，說明NO2濃度不再發(fā)生變化，達到平衡狀態(tài)，b正確；c．密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，所以容器內混合氣體的密度不再改變不能說明達到平衡狀態(tài)，c錯誤；d．正反應體積增大，容器內氣體壓強不發(fā)生變化說明反應達到平衡狀態(tài)，d正確，答案選bd。（3）4.6gNO2的物質的量是0.1mol，則根據(jù)方程式可知

2NO2(g) N2 O4(g)

起始量（mol） 0.1 0

轉化量（mol） x 0.5x

平衡量（mol） 0.1－x 0.5x

則，解得x＝0.04，所以平衡時NO2的轉化率為0.04/0.1×100%＝40%。平衡時NO2和N2O4的濃度分別是0.03mol/L、0.01mol/L，則此條件下的平衡常數(shù)。