【題目】CO和H2均是重要的化工原料,CO2的固定和利用對環(huán)境保護及能源開發(fā)具有重要的意義。

(1)利用水煤氣(CO+H2)作為合成氣,在同一容器中,選擇雙催化劑,經(jīng)過如下三步反應(yīng),最終合成二甲醚(CH3OCH3)。

甲醇合成反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.8kJ·mol-1

水煤氣變換反應(yīng):CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.3kJ·mol-1

甲醇脫水反應(yīng):2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-23.5kJ·mol-1

寫出由CO和H2合成二甲醚氣體和水蒸氣的熱化學方程式____________

(2)在2L恒容密閉容器中,投入CO(g)和H2(g)各5mol,發(fā)生如下反應(yīng):

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H<0,CO的轉(zhuǎn)化率α與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示:

①p1、p2、p3中最大的是________

②若該反應(yīng)進行50min時達到平衡,此時CO的轉(zhuǎn)化率α=0.6,則50min內(nèi)H2的反應(yīng)速率為____mol·L-1·min-1。

(3)二甲醚(CH3OCH3)燃料電池具有啟動快。效率高等優(yōu)點,其能量密度高于甲醇燃料電池。其工作原理如圖所示。X極附近的酸性______(填“減弱”、“增強”或“不變”),Y電極是_____極,寫出X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式__________。若用該二甲醚燃料電池電解飽和食鹽水(陽極為石墨電極),當有2.3g燃料被消耗時,陰極產(chǎn)生氣體的體積為_____L(標準狀況下)

【答案】 )2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=205.1kJ·mol1 p1 0.03 正極 CH3OCH312e+3H2O=2CO2↑+12H+ 6.72

【解析】(1)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)H1=-90.8kJmol-1
2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)H2=-23.5kJmol-1
依據(jù)蓋斯定律×2+得到:2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)H=(-90.8kJmol-1)×2+(-23.5kJmol-1)=205.1kJmol-1;

(2)3CO(g)+3H2(g)═CH3OCH3(g)+CO2(g),可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng),所以增大壓強,平衡正向移動,一氧化碳的轉(zhuǎn)化率提高,因此壓強關(guān)系是p1p2p3,即壓強最大的是p3;

反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 進行50min時達到平衡,此時CO的轉(zhuǎn)化率α=0.6,則變化的CO3mol,變化的H2也為3mol,H2的反應(yīng)速率為=0.03mol·L1·min1。

(3)電池在放電過程中,電極X發(fā)生的電極反應(yīng)為(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+X電極周圍溶液的酸性增強;c處通入的氣體是氧氣,發(fā)生還原反應(yīng),則Y極為正極;當有2.3g燃料被消耗時,被氧化的二甲醚的物質(zhì)的量為2.3g÷46g/mol=0.05mol,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.05mol×12=0.6mol,電解飽和食鹽水(陽極為石墨電極),陰極產(chǎn)生氫氣的體積為×22.4L/mol=6.72

練習冊系列答案
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A. 電時H從左槽遷移右槽

B. 電過程中,左槽溶液色由黃色變?yōu)樗{

C. 電時,b極接直流源正極,a極接直流

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1COH2分別與O2都可以設(shè)計成燃料電池。COO2設(shè)計成燃料電池(以熔融碳酸鹽為電解質(zhì))負極的電極反應(yīng)為:______________;

2)在煤的氣化獲得的化工原料氣中含有少量羰基硫(COS),能引起催化劑中毒、大氣污染等。COS的電子式為___________;羰基硫與燒堿溶液反應(yīng)生成水喝兩種正鹽的離子方程式為:__________;羰基硫的脫硫常用兩種方法,其反應(yīng)式分別為:

①氫解反應(yīng):COS(g) + H2(g) = H2S(g) + CO(g) ΔH1=+7kJ/mol

②水解反應(yīng):COS(g) + H2O(g) = H2S(g) + CO2(g) ΔH2

已知反應(yīng)中相關(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:

化學鍵

C=O(CO2)

C=O(COS)

C=S

H-S

H-O

鍵能(kJ/mol

803

742

577

339

465

ΔH2=____________kJ/mol。

3)脫硫處理后的COH2在催化劑作用下合成甲醇:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-90.14kJ/mol。該反應(yīng)能自發(fā)的理由是_______

①一定溫度下,在兩個容積都為為VL的恒容莫比容器中,按如下方式加入反應(yīng)物,一段時間后達到平衡:

容器

反應(yīng)物投入量

1molCO2、3molH2

a molCO2、3a molH2

n molCH3OH(g)、n molH2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等,且起始時維持化學反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行,則n的取值范圍為_____________;

②甲容器保持恒容,欲增大H2的平衡轉(zhuǎn)化率,可采取的措施有:________(答兩點即可)

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