Question

甲醇是一種用途廣泛的化工原料．
（1）工業(yè)上常用下列兩種反應(yīng)制備甲醇：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₂
已知：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₄=+44.0kJ/mol則△H₂=

 

（2）實驗室模擬用CO和H₂反應(yīng)來制甲醇．在250℃下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度（mol?L^-1）變化如下表所示：（前6min沒有改變條件）

	2min	4min	6min	8min	…
CO	0.07	0.06	0.06	0.05	…
H2	x	0.12	0.12	0.2	…
CH3OH	0.03	0.04	0.04	0.05	…

①x=

 

．
②250℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為：

 

（不必化簡）．
③若6min～8min只改變了某一條件，所改變的條件是

 

．
④第8min時，該反應(yīng)是不是達(dá)到平衡狀態(tài)

 

．（填“是”或“不是”）
⑤該合成反應(yīng)的溫度一般控制在240～270℃，選擇此溫度的原因是：Ⅰ．此溫度下的催化劑活性高；Ⅱ．

 

．
（3）電解甲醇水溶液制氫的優(yōu)點是需要的電壓低，而且制得的氫氣比電解相同物質(zhì)的量的水多．寫出電解甲醇水溶液的反應(yīng)式為：陽極：

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算,電解原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律將已知的熱化學(xué)方程式變形運算求目標(biāo)反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）①根據(jù)表中2min和4min時各種物質(zhì)的濃度的變化量，依據(jù)轉(zhuǎn)化量之比等于方程式計量系數(shù)之比可求出x值；
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，將在250℃下，將4min時各物質(zhì)平衡濃度帶入計算；
③根據(jù)6min到8min時各物質(zhì)濃度的變化來確定改變條件；
④求出第8min時反應(yīng)的濃度商Qc，與250℃時K做比較，若Qc=K反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
⑤反應(yīng)條件的選擇既要考慮限度又要考慮速率，二者應(yīng)兼顧；
（3）根據(jù)反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O推知CH₃OH（g）+H₂O

通電  .

CO₂（g）+3H₂（g），分析各物質(zhì)中元素的化合價判斷氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，陽極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)，結(jié)合電解方程式推斷陽極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ/mol
④H₂O（l）=H₂O（g）△H₄=+44.0kJ/mol
由蓋斯定律可知②=①-③-④，△H₂ =△H₁-△H₃-△H₄=-90.1kJ/mol-（-41.1kJ/mol）-（+44.0kJ/mol）=）-93.0 KJ/mol；
故答案為：-93.0 KJ/mol；
（2）①從圖中可知從2min到4min時各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量為：△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=（0.07-0.06）：（X-0.12）：（0.04-0.03）
化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比等于方程式的計量系數(shù)得：（0.07-0.06）：（X-0.12）：（0.04-0.03）=1：2：1，解得X=0.14，
故答案為：0.14；
②250℃下，甲醇的平衡濃度是0.06mol/L，氫氣的平衡濃度是0.12mol/L，一氧化碳的平衡濃度是0.04mol/L所以平衡常數(shù)K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=

0.04

0.06×0.12×0.12

；
故答案為：

0.04

0.06×0.12×0.12

；
③對比6min和8min時各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，按照轉(zhuǎn)化量之比等于計量系數(shù)之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣；
故答案為：增加了1 mol氫氣；
④第8min時反應(yīng)的濃度商Qc=

C(CH3OH)

C(CO)C(H2)2

=

0.05mol/L

0.05mol/L×0.2mol/L×0.2mol/L

=

1

0.04

≠K，所以此時不是平衡狀態(tài)，故答案為：不是；
⑤從反應(yīng)限度角度考慮：該反應(yīng)而該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過高，轉(zhuǎn)化率降低；從速率角度考慮：溫度低，反應(yīng)速率慢，單位時間內(nèi)的產(chǎn)量低，為提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，反應(yīng)速率和限度應(yīng)兼顧，所以選擇溫度一般控制在240～270℃；
故答案為：溫度低，反應(yīng)速率慢，單位時間內(nèi)的產(chǎn)量低；而該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過高，轉(zhuǎn)化率降低；
（3）根據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₂=-93.0 KJ/mol是一個放熱，熵減小的反應(yīng)，推知在通電條件下，可以發(fā)生CH₃OH（l）+H₂O（l）

電解  .

CO₂（g）+3H₂（g）．該反應(yīng)中碳元素化合價由甲醇中-2價升高到二氧化碳中的+4價被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)；甲醇中的氫元素和水中的氫元素化合價由+1價降到0價被還原發(fā)生還原反應(yīng)，電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=6H⁺+CO₂↑，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=6H⁺+CO₂↑．

點評：本題考查了蓋斯定律求反應(yīng)熱，化學(xué)平衡移動的影響因素和化學(xué)平衡常數(shù)的計算和應(yīng)用，電解池電極反應(yīng)式的書寫，題目綜合性強，涉及知識是高考中�？嫉膬�(nèi)容，難度較大．