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，可能發(fā)生的反應(yīng)如下：

i. CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) △H1=QkJ·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(wèn)題：

(1)Q=______________

(2)反應(yīng)iii的化學(xué)平衡常數(shù)K3=_____________(填表達(dá)式)。

(3)圖中能正確反映平衡常數(shù)K3隨溫度變化關(guān)系的曲線為_____(填字母)，理由是_______

(4)如圖為單位時(shí)間內(nèi)CO2+H2、CO+ H2、CO/CO2+H2三個(gè)條件下生成甲醇的物質(zhì)的量濃度與溫度的關(guān)系(三個(gè)條件下通入的CO、CO2和H2的物質(zhì)的量濃度相同)。

①490K時(shí)，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇時(shí)主要發(fā)生的反應(yīng)為______________(填"i ”或" iii")；由曲線a可知，甲醇的量先增大后減小，其原因是__________。

②曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，從熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)角度，并結(jié)合反應(yīng)i、ii分析原因：__________。

(5)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(yáng)離子交換膜，則每轉(zhuǎn)移6 mol電子，溶液中有___mol Na+向___(填“正極區(qū)”或“負(fù)極區(qū)”)移動(dòng)。

Answer 1

【答案】-58 a 反應(yīng)iii的H3<0，為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡左移，平衡常數(shù)減小 i 溫度低于490K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度高于490K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡，反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移 加入CO促進(jìn)反應(yīng)ii平衡逆向移動(dòng)，CO2和H2的量增加，甲醇生成速率加快，同時(shí)反應(yīng)ii為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，反應(yīng)ii的存在使得反應(yīng)i正向進(jìn)行 CH3OH+8OH－-6e－===CO3－+6H2O 6 正極

【解析】

（1）根據(jù)定律進(jìn)行分析得出CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)H1= H2+ H3，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算；

（2）根據(jù)平衡常數(shù)的定義寫(xiě)出反應(yīng)iii的平衡常數(shù)K3=；

（3）根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響進(jìn)行分析；

（4）①據(jù)圖可知490K時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)i；溫度低于490K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度高于490K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡，據(jù)此規(guī)律進(jìn)行分析；

②根據(jù)濃度對(duì)平衡移動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行分析；

（5）該裝置是以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液的甲醇燃料電池，電極a為負(fù)極，甲醇失電子被氧化成二氧化碳，由于為堿性電解質(zhì)溶液，二氧化碳被吸收生成碳酸根，據(jù)此寫(xiě)出電極方程式；原電池中陽(yáng)離子流向正極，為保持電荷守恒，滿足n（e-）=n（Na+）。

（1）已知：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

根據(jù)蓋斯定律由ii+ iii可得i. CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)，所以H1= H2+ H3，所以Q=+41 kJ·mol- 1+(-99 kJ·mol- 1)=-58 kJ·mol- 1；

（2）根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知反應(yīng)iii的平衡常數(shù)K3=；

（3）反應(yīng)iii的H3<0，為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡左移，平衡常數(shù)減小，所以曲線a能正確反映平衡常數(shù)K3隨溫度變化關(guān)系；

（4）①據(jù)圖可知490K時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)i；溫度低于490K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得的甲醇含量增大，溫度高于490K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡，反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，導(dǎo)致甲醇含量降低；

②加入CO促進(jìn)反應(yīng)ii平衡逆向移動(dòng)，CO2和H2的量增加，甲醇生成速率加快，同時(shí)反應(yīng)ii為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，反應(yīng)ii的存在使得反應(yīng)i正向進(jìn)行；

（5）該裝置是以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液的甲醇燃料電池，電極a為負(fù)極，甲醇失電子被氧化成二氧化碳，由于為堿性電解質(zhì)溶液，二氧化碳被吸收生成碳酸根，所以電極方程式為：CH3OH+8OH－-6e－===CO3－+6H2O；原電池中陽(yáng)離子流向正極，為保持電荷守恒每轉(zhuǎn)移6 mol電子，溶液中有6mol Na+向正極區(qū)移動(dòng)。