Question

【題目】在高溫高壓下碳氧化物具有極高的化學(xué)活性，能與多種單質(zhì)或化合物反應(yīng)。

（1）一定條件下，CO與H2 可合成甲烷，反應(yīng)方程式為:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+ H2O(g)

①一定條件下，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的原因是_________

②已知H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃燒熱分別為285.8kJ/mol 283.0kJ/mol和890.0kJ/mol。

寫(xiě)出CO 與H2 反應(yīng)生成CH4 和CO2 的熱化學(xué)方程式：_____________。

（2）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇:

反應(yīng)Ⅰ: CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g)

反應(yīng)Ⅱ: CO2 (g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g)

①在以上制備甲醇的兩個(gè)反應(yīng)中:反應(yīng)Ⅰ優(yōu)于反應(yīng)Ⅱ，原因?yàn)?/span>______________。

②一定溫度下，在體積可變的密閉容器中加入4molH2和一定量的CO發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，開(kāi)始時(shí)容器體積為2L，CO 和CH3OH (g) 的濃度隨時(shí)可變化如圖。10min 達(dá)到平衡，則反應(yīng)1的化學(xué)平衡常數(shù)為____________。

③恒溫恒容條件下，在密閉容器中等物質(zhì)的量的通入CO2 和H2， 下列描述能說(shuō)明反應(yīng)Ⅱ已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。(填標(biāo)號(hào))

A.容器內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)不再變化

B.當(dāng)CO2和H2轉(zhuǎn)化率的比值不再變化

C.單位時(shí)間CH3OH分子斷裂5NA個(gè)共價(jià)鍵，同時(shí)斷裂3NA個(gè)H-H鍵

D.容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為34.5，且保持不變

（3）甲烷堿性燃料電池裝置如圖所示(開(kāi)始時(shí)兩邊溶液質(zhì)量相等)，用電器為惰性電極電解裝置，其原理是:通電后，將Co2+氧化成Co3+，進(jìn)而徹底氧化CN-為無(wú)害氣體使廢水得以凈化。

①當(dāng)除去1molCN-時(shí)，圖1兩邊質(zhì)量差為__________g.

②負(fù)極電極反應(yīng)式為__________.

（4）工業(yè)上可通過(guò)甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，反應(yīng)方程式為:CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g) ΔH=-29.1KJ/mol，科研人員對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了研究.部分研究結(jié)果如下:

①?gòu)姆磻?yīng)壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是_____。

②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是___________。

Answer 1

【答案】 該反應(yīng)ΔH <0 2CO (g)+2H2(g) CH4(g)+CO2(g)ΔH=-247.6kJ/mol 反應(yīng)I符合“原了經(jīng)濟(jì)性”的原則即原了利用率為100% 25/243 ABCD 140g CH4+ 10OH+-8e-=CO32-+7H2O 4.0×106Pa 高于80℃時(shí)，溫度對(duì)反應(yīng)速率影響較小;且反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低

【解析】本題主要考查有關(guān)化學(xué)平衡的判斷和計(jì)算。

（1）①一定條件下，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，△H–T△S＜0，該反應(yīng)△S＜0，所以該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的原因是△H＜0。

②由H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃燒熱分別為285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和890.0kJ/mol得2H2(g) +O2(g)2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol，2CO(g)+O2(g)2CO2(g)ΔH=-566kJ/mol，CO2(g)+2H2O(l)CH4(g)+2O2(g)ΔH=+890.0kJ/mol，將以上3個(gè)熱化學(xué)方程式相加可得CO與H2反應(yīng)生成CH4和CO2的熱化學(xué)方程式：2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)ΔH=-247.6kJ/mol。

（2）①在以上制備甲醇的兩個(gè)反應(yīng)中，反應(yīng)Ⅰ優(yōu)于反應(yīng)Ⅱ，原因?yàn)榉磻?yīng)I符合“原了經(jīng)濟(jì)性”的原則即原子利用率為100%。

②開(kāi)始時(shí)，c(CO)=1.0mol/L，所以n(CO)=2mol，設(shè)容器平衡體積為VL，定溫定壓，氣體物質(zhì)的量之比等于體積之比，6:(6-0.6V)=2:V，V=。

平衡時(shí)，c(CH3OH)=0.3mol/L，n(CH3OH)=0.3×mol=0.5mol，c(CO)=(2-0.5)×mol/L=0.9mol/L，c(H2)=(4-1)×mol/L=1.8mol/L，則反應(yīng)1的化學(xué)平衡常數(shù)為=。

③A.容器內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)隨著反應(yīng)進(jìn)行而變化，當(dāng)容器內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A能說(shuō)明反應(yīng)Ⅱ已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；B. CO2和H2的配比不等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，CO2和H2轉(zhuǎn)化率的比值隨著反應(yīng)進(jìn)行而變化，當(dāng)CO2和H2轉(zhuǎn)化率的比值不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B能說(shuō)明反應(yīng)Ⅱ已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；C.單位時(shí)間CH3OH分子斷裂5NA個(gè)共價(jià)鍵，有1molCH3OH參加反應(yīng)，同時(shí)斷裂3NA個(gè)H-H鍵，有3molH2參加反應(yīng)，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，故C能說(shuō)明反應(yīng)Ⅱ已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；D.容器內(nèi)混合氣體的質(zhì)量守恒，物質(zhì)的量隨著反應(yīng)進(jìn)行而變化，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量也隨之變化，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為34.5且保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D能說(shuō)明反應(yīng)Ⅱ已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。故選ABCD。

（3）①CN-被氧化為二氧化碳和氮?dú)猓?/span>5CH4～10O2～8CN-～8CO2～4N2～40e-～40OH/span>－(移動(dòng)的)，OH－由左向右移動(dòng)，正極室溶液增加參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，減少移動(dòng)的OH－的質(zhì)量，負(fù)極室溶液增加參加反應(yīng)的甲烷的質(zhì)量和移動(dòng)的OH－的質(zhì)量，圖1兩邊質(zhì)量差為(5×16+2×40×17-32×10)g/8=140g。

②負(fù)極電極反應(yīng)式為CH4+10OH+-8e-=CO32-+7H2O。

（4）①?gòu)姆磻?yīng)壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，壓強(qiáng)大于4.0×106Pa時(shí)，轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)增大提高很小，所以工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是4.0×106Pa。

②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是高于80℃時(shí)，溫度對(duì)反應(yīng)速率影響較小;且反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低。