【題目】甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2H2)在催化劑的作用下合成甲醇,可能發(fā)生的反應(yīng)如下:

i CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g) H1=Q kJ·mol-1

ii. CO2(g)+ H2(g) CO(g)+H2O(g) H2=+41 kJ·mol-1

iii. CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H3= 99 kJ·mol-1

回答下列問題:

1Q=_________

2)圖中能正確反映平衡常數(shù)K3(反應(yīng)iii的平衡常數(shù))隨溫度變化關(guān)系的曲線為__(填字母)

3)如圖為單位時間內(nèi)CO2+H2、CO+ H2CO/CO2+H2三個條件下生成甲醇的物質(zhì)的量濃度與溫度的關(guān)系(三個條件下通入的CO、CO2H2的物質(zhì)的量濃度相同)。490K時,根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇時主要發(fā)生的反應(yīng)為________(“i”“iii”);由曲線a可知,甲醇的量先增大后減小,其原因是_________________________________。

4)如圖是以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液的甲醇燃料電池:電極a的反應(yīng)式為____________,若隔膜為陽離子交換膜,則每轉(zhuǎn)移6mol電子,溶液中有_______mol Na+____________(正極區(qū)負極區(qū)")移動。

5CO2經(jīng)催化加氫也可以生成低碳烴,主要有兩個競爭反應(yīng):

反應(yīng)I:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)

反應(yīng)II :2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

1L恒容密閉容器中充入2molCO24molH2測得平衡時有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示。T1℃時,CO2的轉(zhuǎn)化率為______T1℃時,反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=_________(保留三位有效數(shù)字)

【答案】58 a i 溫度低于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)未達到平衡,溫度升高速率加快,甲醇物質(zhì)的量增多,溫度高于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)達到平衡,反應(yīng)i為放熱反應(yīng),升高溫度平衡左移,甲醇物質(zhì)的量減少 CH3OH 6e + 8OH = CO32 +6H2O 6 正極區(qū) 30% 0.0129 L2mol 2

【解析】

⑴根據(jù)蓋斯定律第二個方程式加第三個方程式得到第一個方程式。

⑵反應(yīng)iii是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動,平衡常數(shù)減小。

490K時,根據(jù)圖像主要是發(fā)生曲線a反應(yīng);甲醇的量先增大后減小,其原因是溫度低于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)未達到平衡,溫度升高速率加快,甲醇物質(zhì)的量增多,溫度高于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)達到平衡,反應(yīng)i為放熱反應(yīng),升高溫度平衡左移,甲醇物質(zhì)的量減少。

⑷甲醇燃料電池中燃料作負極,氧化劑作正極,每轉(zhuǎn)移6mol電子,b極時有6mol OH生成,根據(jù)原電池同性相吸原理。

T1℃時,計算生成CH4、C2H4物質(zhì)的量,根據(jù)方程式計算生成CH4、C2H4消耗CO2的物質(zhì)的量,再計算總消耗CO2的物質(zhì)的量,再計算CO2的轉(zhuǎn)化率;T1℃時,先計算反應(yīng)I生成CH4、H2O的物質(zhì)的量,再計算消耗的CO2H2的物質(zhì)的量,再計算反應(yīng)II生成C2H4H2O的物質(zhì)的量,再計算消耗的CO2、H2的物質(zhì)的量,平衡時還剩余CO2、H2的物質(zhì)的量,共生成H2O的物質(zhì)的量,再求反應(yīng)I的平衡常數(shù)。

⑴根據(jù)蓋斯定律第二個方程式加第三個方程式得到第一個方程式,即H1 =+41 kJ·mol1+ ( 99 kJ·mol1) =58 kJ·mol1;故答案為:58

⑵反應(yīng)iii是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動,平衡常數(shù)減小,因此圖中能正確反映平衡常數(shù)K3(的平衡常數(shù))隨溫度變化關(guān)系的曲線為a;故答案為:a。

490K時,根據(jù)圖像主要是發(fā)生曲線a反應(yīng),因此合成甲醇時主要發(fā)生的反應(yīng)為i;由曲線a可知,甲醇的量先增大后減小,其原因是溫度低于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)未達到平衡,溫度升高速率加快,甲醇物質(zhì)的量增多,溫度高于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)達到平衡,反應(yīng)i為放熱反應(yīng),升高溫度平衡左移,甲醇物質(zhì)的量減少;故答案為:i;溫度低于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)未達到平衡,溫度升高速率加快,甲醇物質(zhì)的量增多,溫度高于490K時單位時間內(nèi)反應(yīng)達到平衡,反應(yīng)i為放熱反應(yīng),升高溫度平衡左移,甲醇物質(zhì)的量減少。

⑷甲醇燃料電池中燃料作負極,氧化劑作正極,因此電極a的反應(yīng)為CH3OH失去電子,在氫氧化鈉作用下生成碳酸根,其反應(yīng)式為CH3OH 6e + 8OH = CO32 +6H2O,若隔膜為陽離子交換膜,則每轉(zhuǎn)移6mol電子,b極時有6mol OH生成,根據(jù)原電池同性相吸原理,因此溶液中有6 mol Na+向正極區(qū)移動;故答案為:CH3OH 6e + 8OH = CO32 +6H2O;6;正極區(qū)。

T1℃時,生成CH4物質(zhì)的量為0.2mol,生成C2H4物質(zhì)的量為0.2mol,根據(jù)方程式生成0.2mol CH4,則消耗CO2物質(zhì)的量為0.2mol,生成0.2mol C2H4,則消耗CO2物質(zhì)的量為0.4mol,共消耗CO2物質(zhì)的量為0.6mol,因此CO2的轉(zhuǎn)化率為;T1℃時,反應(yīng)I生成0.2mol CH4,0.4mol H2O,消耗0.2mol CO2,0.8mol H2,反應(yīng)II生成0.2mol C2H4,0.8mol H2O,消耗0.4mol CO2,1.2mol H2,平衡時還剩余1.4mol CO2,2mol H2,共生成1.2mol H2O,因此反應(yīng)I的平衡常數(shù);故答案為:30%;0.0129 L2mol 2。

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②打開分液漏斗旋塞,A中發(fā)生反應(yīng)的方程式是_____。

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①在氧氣流中煅燒紅色固體的目的是_____

②根據(jù)上述實驗可得結(jié)論:該紅色固體為_____。

3)實驗三:為探究B中溶液呈綠色而不是藍色的原因,實驗如下:

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查閱資料:SO2在酸性條件下還原性較差。

①實驗i的目的_____

②根據(jù)上述實驗可得結(jié)論:溶液顯綠色的原因是溶液中含有較多Cu(HSO3)2。小組同學通過進一步實驗確認了這種可能性,在少量1mol/LCuSO4溶液中加入_____溶液,得到綠色溶液。

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