Question

10．甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景．工業(yè)上用如下方法好處甲醇：

①方法一：該反應的△S＜0（填“＞”或“＜”）．圖中曲線a到曲線b的措施是使用合適的催化劑，恒溫恒容時，下列說法能說明反應到達平衡狀態(tài)的是AC．
A．體系的平均摩爾質量不再改變                B．V（CO）=V（CH₃OH）
C．H₂的轉化率達到了最大限度                  D．△H不再改變
②方法二：將CO₂和H₂按物質的量之比1：3充入體積為2.0L的恒容密閉容器中反應，如圖兩條曲線分別表示壓強為0.1MPa和5.0MPa下CO₂轉化率隨溫度的變化關系，其中a點的平衡常數表達式為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
a，b兩點化學反應速率別用Va、Vb表示，則Va大于Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）．
已知原子利用率=期望產物的總質量與生成物的總質量之比，則方法二的原子利用率與方法一的原子利用率之比為16：25．
③甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，其原理是通電后將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．寫出除去甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 ①方法一中正反應為氣體物質的量減小的反應，為熵減的反應；
圖中曲線a到曲線b改變反應途徑，降低活化能，應是使用合適的催化劑；
可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
②化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
a、b兩點溫度相同，正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，二氧化碳轉化率增大，故壓強曲線A＞曲線B，壓強越大反應速率越快；
已知原子利用率=期望產物的總質量與生成物的總質量之比，據此計算原子原子利用率進行解答；
③以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫方程式．

解答 解：①方法一中正反應為氣體物質的量減小的反應，為熵減的反應，即△S＜0；
圖中曲線a到曲線b改變反應途徑，降低活化能，應是使用合適的催化劑；
可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
A．混合氣體總質量不變，隨反應進行總物質的量減小，體系的平均摩爾質量增大，當體系的平均摩爾質量不再改變，說明到達平衡，故A正確；
B．未指明正逆速率，不能說明到達平衡，若分別表示正、逆速率，則到達平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．H₂的轉化率達到了最大限度，反應到達平衡狀態(tài)，故C正確；
D．一定溫度、壓強下，焓變△H與是否到達平衡無關，與物質的聚集狀態(tài)及化學計量數有關，故D錯誤，
故答案為：＜；使用合適的催化劑；AC；
②a點發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
a、b兩點溫度相同，正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，二氧化碳轉化率增大，故壓強曲線A＞曲線B，壓強越大反應速率越快，故反應速率V_a大于V_b；
已知原子利用率=期望產物的總質量與生成物的總質量之比，方法一中原子全部轉化為生成物，原子利用率為100%，方法二原子利用率為=$\frac{32g}{44g+6g}$×100%=64%，則方法二與方法一的原子利用率之比為64%：100%=16：25，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；大于；16：25；
③以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，反應離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評 本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡影響因素、平衡常數、離子方程式的書寫等，題目綜合性強，難度中等，側重學生綜合能力的培養(yǎng)．