Question

5．二甲醚是一種重要的化工原料，利用水煤氣（CO、H₂）合成二甲醚是工業(yè)上的常用方法，該方法由以下幾步組成：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1            ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1      ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ•mol^-1      ③
（1）下說(shuō)法正確的是A
A．反應(yīng)①的△S＜0、△H＜0，所以能在較低溫度下自發(fā)進(jìn)行．
B．反應(yīng)③的H₂O與CO的生成速率之比為1：1時(shí)，表示該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
C．反應(yīng)②屬于加成反應(yīng)
（2）反應(yīng)①合成的甲醇在工業(yè)上可以用作燃料電池，請(qǐng)寫(xiě)出甲醇燃料電池（KOH溶液）負(fù)極電極反應(yīng)式CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，電池總反應(yīng)式2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．
（3）當(dāng)合成氣中CO與H₂的物質(zhì)的量之比恒定時(shí)，溫度、壓強(qiáng)對(duì)CO轉(zhuǎn)化率影響如圖1所示，圖1中A點(diǎn)的v（逆）＜B點(diǎn)的v（正）（填“＞”、“＜”或“=”），說(shuō)明理由B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都比A點(diǎn)高，溫度升高，或壓強(qiáng)增大，都會(huì)加快反應(yīng)速率．
（4）一定溫度下，密閉容器中發(fā)生反應(yīng)③，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式k=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；水蒸氣的轉(zhuǎn)化率與n（H₂O）∕n（CO）的關(guān)系如圖2，計(jì)算該溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)K=1．在圖2中作出一氧化碳的轉(zhuǎn)化率與n（H₂O）∕n（CO）的曲線(xiàn)．

Answer 1

分析 （1）A．根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
B．反應(yīng)進(jìn)行到任何時(shí)候H₂O與CO的生成速率之比都為1：1；
C．反應(yīng)②屬于取代反應(yīng)；
（2）燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下甲醇被氧化生成碳酸根離子；
（3）B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都比A點(diǎn)高，溫度升高，或壓強(qiáng)增大，都會(huì)加快反應(yīng)速率；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念寫(xiě)K；由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)水的轉(zhuǎn)化率為0.5，令水、CO的起始物質(zhì)的量均為1mol，轉(zhuǎn)化的水為0.5mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        1       0       0
變化量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K計(jì)算，
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉(zhuǎn)化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，CO與水的轉(zhuǎn)化率相等為50%．

解答 解：（1）A．反應(yīng)①的△S＜0、△H＜0，根據(jù)△G=△H-T△S判斷：在較低溫度下自發(fā)進(jìn)行，故A正確；
B．反應(yīng)進(jìn)行到任何時(shí)候H₂O與CO的生成速率之比都為1：1，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)②屬于取代反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
故答案為：A；
（2）燃料電池中，負(fù)極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，堿性條件下甲醇被氧化生成碳酸根離子，總方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O；
（3）B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都比A點(diǎn)高，溫度升高，或壓強(qiáng)增大，都會(huì)加快反應(yīng)速率，故A點(diǎn)的v（逆）＜B點(diǎn)的v（正）；
故答案為：＜；B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都比A點(diǎn)高，溫度升高，或壓強(qiáng)增大，都會(huì)加快反應(yīng)速率；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)水的轉(zhuǎn)化率為0.5，令水、CO的起始物質(zhì)的量均為1mol，轉(zhuǎn)化的水為0.5mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      1        0       0
變化量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉(zhuǎn)化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，CO與水的轉(zhuǎn)化率相等為50%，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率與$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的曲線(xiàn)變化為：，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；1；．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)自發(fā)性等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，（3）中作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易忽略交點(diǎn)時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化率問(wèn)題．