Question

【題目】“一碳化學(xué)”是指以研究分子中只含有一個(gè)碳原子的化合物(如CO、CO2、CH3OH等)為原料合成一系列化工產(chǎn)品的化學(xué)。

(一)工業(yè)上，在Cu2O/ZnO作催化劑的條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH

(1)已知：CH3OH(l)=CH3OH (g) ΔH=+35.2 kJ·mol-1，根據(jù)下表：

物質(zhì)	H2(g)	CO(g)	CH3OH(l)
燃燒熱/kJ·mol-1	-285.8	-283.0	-726.5

反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH=_____ kJ·mol-1。

(2)向2L恒容密閉容器中通入1molCO(g)和2molH2(g)，發(fā)生反應(yīng)合成甲醇，反應(yīng)過(guò)程中n(CH3OH)與時(shí)間(t)及溫度的關(guān)系如圖所示。在500℃恒壓條件下，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出反應(yīng)體系中n(CH3OH)與時(shí)間(t)變化總趨勢(shì)圖________。

(二)CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1= -48.5kJ·mol-1

反應(yīng)II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2= +41.2kJ·mol-1

(3)控制CO2和H2初始投料比為1:3時(shí)，溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率及甲醇和CO的產(chǎn)率的影響如圖所示：

①由圖可知溫度升高CO產(chǎn)率上升，其主要原因是_____。

②由圖可知獲取甲醇最適宜的溫度是_____。

(4)控制CO2和H2初始投料比為1:1.6，在300℃時(shí)，反應(yīng)I已達(dá)到平衡狀態(tài)，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，甲醇的選擇性為60%，此時(shí)容器體積為1.0L，若CO2初始加入量為2.0mol，則反應(yīng)I的平衡常數(shù)是_____。

(三)以甲醇為主要原料電化學(xué)合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]的反應(yīng)原理如下：4CH3OH+2CO+O22(CH3O)2CO+2H2O

(5)由圖可知B極為電源_____(填“正”或“負(fù)”)極，陽(yáng)極電極反應(yīng)式是_____。

Answer 1

【答案】-92.9 反應(yīng)II為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，CO產(chǎn)率升高 250℃ 0.60 負(fù) 4CH3OH+2CO-4e-=2(CH3O)2CO+4H+

【解析】

（1）根據(jù)表中信息，①H2(g)+ O2(g)= H2O（l）ΔH=-285.8kJ/mol，②CO(g)+O2(g)= CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol，③CH3OH(l)+ O2(g)= 2H2O（l）+ CO2(g) ΔH=-726.5kJ/mol，④CH3OH(l)=CH3OH (g) ΔH=+35.2 kJ·mol ②+2①-③+④即可；

（2）圖中信息可知，在500℃時(shí)恒容的密閉容器中，反應(yīng)2min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)；若在500℃恒壓條件下，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反應(yīng)中的氣體物質(zhì)的量不斷減小，則相當(dāng)于恒容時(shí)增大壓強(qiáng)減小體積，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的濃度增大；

（3）①CO由反應(yīng)II產(chǎn)生，反應(yīng)II為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，則CO的產(chǎn)率上升；

②由圖可知甲醇的產(chǎn)率在250℃時(shí)達(dá)到最高值；

（4）若CO2初始加入量為2.0mol，控制CO2和H2初始投料比為1:1.6，則氫氣初始量為3.2mol，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，甲醇的選擇性為60%，二氧化碳的反應(yīng)總量為1mol，0.6mol發(fā)生反應(yīng)I，0.4mol發(fā)生反應(yīng)II，生成甲醇為0.6mol，水蒸汽0.6mol，消耗氫氣1.8mol，反應(yīng)II消耗氫氣0.4mol，氫氣剩余1mol；生成水蒸氣0.4mol，則容器中，二氧化碳剩余1mol，氫氣1mol，甲醇0.6mol，水蒸氣1mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)中，此時(shí)容器為1L，則K=0.61/（1）=0.6；

（5）B電極通入氧氣生成水，則化合價(jià)由0變?yōu)?/span>-2，得電子，則為電解池的陰極，則電池B極為負(fù)極；陽(yáng)極失電子生成碳酸二甲酯和氫離子，則電極反應(yīng)式：4CH3OH+2CO-4e-=2(CH3O)2CO+4H+；

（1）根據(jù)表中信息，①H2(g)+ O2(g)= H2O（l）ΔH=-285.8kJ/mol，②CO(g)+O2(g)= CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol，③CH3OH(l)+ O2(g)= 2H2O（l）+ CO2(g) ΔH=-726.5kJ/mol，④CH3OH(l)=CH3OH (g) ΔH=+35.2 kJ·mol ②+2①-③+④即可得到ΔH=-92.9kJ/mol；

（2）圖中信息可知，在500℃時(shí)恒容的密閉容器中，反應(yīng)2min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)；若在500℃恒壓條件下，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反應(yīng)中的氣體物質(zhì)的量不斷減小，則相當(dāng)于恒容時(shí)增大壓強(qiáng)減小體積，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的濃度增大，其圖像為：；

（3）①CO由反應(yīng)II產(chǎn)生，反應(yīng)II為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，則CO的產(chǎn)率上升，答案為：反應(yīng)II為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，CO產(chǎn)率升高；

②由圖可知甲醇的產(chǎn)率在250℃時(shí)達(dá)到最高值，則最適宜的溫度為250℃；

（4）若CO2初始加入量為2.0mol，控制CO2和H2初始投料比為1:1.6，則氫氣初始量為3.2mol，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，甲醇的選擇性為60%，二氧化碳的反應(yīng)總量為1mol，0.6mol發(fā)生反應(yīng)I，0.4mol發(fā)生反應(yīng)II，生成甲醇為0.6mol，水蒸汽0.6mol，消耗氫氣1.8mol，反應(yīng)II消耗氫氣0.4mol，氫氣剩余1mol；生成水蒸氣0.4mol，則容器中，二氧化碳剩余1mol，氫氣1mol，甲醇0.6mol，水蒸氣1mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)中，此時(shí)容器為1L，則K=0.61/（1）=0.6；

（5）B電極通入氧氣生成水，則化合價(jià)由0變?yōu)?/span>-2，得電子，則為電解池的陰極，則電池B極為負(fù)極；陽(yáng)極失電子生成碳酸二甲酯和氫離子，則電極反應(yīng)式：4CH3OH+2CO-4e-=2(CH3O)2CO+4H+；