Question

6．甲醇（CH₃OH）是重要的溶劑和替代燃料．
（1）CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，可以在一定條件下制備甲醇．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$．若壓強(qiáng)、投料比x[n（CO）/n（H₂）]對該反應(yīng)的影響如圖所示，則圖1中曲線所示的壓強(qiáng)關(guān)系：p₁＜ p₂ （填“=”“＞”或“＜”）．

（2）NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+163.9kJ•mol^-1
HCl（g）+CH₃OH（g）→CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
寫出氯化銨和甲醇反應(yīng)的熱化學(xué)方程式NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132kJ•mol^-1，該反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行的原因是△S＞0．
由圖2知，HCl和CH₃OH的混合氣體通過催化劑時的最佳流速在20L•min^-1～30L•min^-1之間．流速過快，會導(dǎo)致氯甲烷產(chǎn)率下降，原因是流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低，導(dǎo)致產(chǎn)率降低．流速過慢，會使副產(chǎn)物二甲醚增多，其反應(yīng)為2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O，生產(chǎn)中常通入適量的水蒸氣，該操作對制備CH₃Cl的影響是對主副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率．
（3）將有機(jī)污水去除氧氣后加入到如圖3所示的微生物電解池內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)污水處理和二氧化碳還原制甲醇．寫出電解時陰極的電極反應(yīng)式CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；投料比相同時，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，氫氣的含量越小；
（2）根據(jù)蓋斯定律書寫氯化銨和甲醇的熱化學(xué)方程式；如果△G=△H-T△S＜0，該反應(yīng)就能自發(fā)進(jìn)行；
流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低；
加入水蒸氣能抑制主副反應(yīng)的發(fā)生；
（3）根據(jù)氫離子移動方向知，左邊裝置為陰極，二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成甲醇和水．

解答 解：（1）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，所以化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；投料比相同時，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，氫氣的含量越小，根據(jù)圖知，p₁＜p₂，
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
（2）將兩個方程式相加得NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132 kJ•mol^-1；如果△G=△H-T△S＜0，該反應(yīng)就能自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的△S＞0，導(dǎo)致其△G可能小于0，能自發(fā)進(jìn)行；
流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低，導(dǎo)致產(chǎn)率降低；
加入水蒸氣能抑制主副反應(yīng)的發(fā)生，所以對主副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率；
故答案為：NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）→NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+132 kJ•mol^-1；△S＞0；
流速過高反應(yīng)物與催化劑的接觸時間過短，原料利用率降低，導(dǎo)致產(chǎn)率降低；對主副反應(yīng)有抑制作用，提高CH₃Cl純度的同時，也降低了其產(chǎn)率；
（3）根據(jù)氫離子移動方向知，左邊裝置為陰極，二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成甲醇和水，電極反應(yīng)式為CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、電解原理、蓋斯定律等知識點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算及識圖能力，水對學(xué)生綜合能力的考查．