Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=—99kJ.mol-1，

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H2=—58kJ.mol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H3

回答下列問(wèn)題：

（1）寫(xiě)出CO2的結(jié)構(gòu)式__________。

（2）由上述數(shù)據(jù)計(jì)算出△H3=kJ.mol-1

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變的情況下，溫度T1、T2對(duì)反應(yīng)的影響，下列正確的是__________(填序號(hào))

①溫度為T1時(shí)，從反應(yīng)到平衡，生成甲醇的平均速率為:v(CH3OH)=nA/tAmol/(L·min)

②該反應(yīng)在T1時(shí)的平衡常數(shù)比T2時(shí)的小

③當(dāng)生成1mol甲醇的同時(shí)，生成1molCO2，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡

④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T1變到T2，達(dá)到平衡時(shí)n(H2)與n(CH3OH)比值增大

（4）在T1溫度時(shí)，將2molCO2和6molH2充入一密閉恒容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為50%，，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為__________；該溫度條件下，反應(yīng)平衡常數(shù)為__________(計(jì)算出結(jié)果)

（5）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為硫酸性，負(fù)極的電極反應(yīng)式為__________。

Answer 1

【答案】（1）O=C=O；（2）+41；（3）③④；（4）3:4；4/27(0.15)（5）CH3OH+6e-+H2O=CO2↑+6H＋

【解析】

試題分析：（1）CO2屬于直線型分子，結(jié)構(gòu)式為O=C=O，故答案為：O=C=O；

（2）①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-99kJ/mol

②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)②-反應(yīng)①=反應(yīng)③，故△H3=△H2-△H1=-58kJ/mol-(-99kJ/mol)=+41kJ/mol，故答案為：+41；

（3）根據(jù)題給圖象分析可知，T2先達(dá)到平衡則T2＞T1，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T2的反應(yīng)速率大于T1，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH3OH的物質(zhì)的量少，則說(shuō)明可逆反應(yīng)CO2+3H2CH3OH+H2O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T1時(shí)的平衡常數(shù)比T2時(shí)的大；①v(CH3OH)==mol/(Lmin)，故①錯(cuò)誤；②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)題給圖象分析可知，T2先達(dá)到平衡則T2＞T1，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)在T1時(shí)的平衡常數(shù)比T2時(shí)的大，故②錯(cuò)誤；③當(dāng)生成1mol甲醇的同時(shí)，生成1molCO2，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故③正確；④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T1變到T2，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故n(H2)與n(CH3OH)增大，故④正確；故答案為：③④；

（4）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol/L)1300

變化0.51.50.50.5

平衡0.51.50.50.5

根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，

則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為=(0.5+1.5+0.5+0.5):(1+3)=3:4，

品紅常數(shù)K==，故答案為：3:4；。

（5）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為硫酸時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH+6e-+H2O=CO2↑+6H＋，故答案為：CH3OH+6e-+H2O=CO2↑+6H＋。