Question

【題目】(1)已知CO2＋3H2CH3OH＋H2O，在120℃時22gCO2發(fā)生上述反應(yīng),其反應(yīng)過程的能量變化如圖所示(單位為kJ·mol-1)。

①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________________。

②該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為_______________________。

③在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2反應(yīng)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。從反應(yīng)開始到達(dá)到化學(xué)平衡，v(H2)=______mol/（L·min），下列措施中能使增大的有__________（填字母）。

A.升高溫度 B.加入催化劑 C.將H2O(g)從體系中分離

D.再充入3 mol H2 E.充入He(g)，使體系總壓強增大

(2)工業(yè)上常利用“隔膜電解法”處理高濃度乙醛廢水。其原理是使乙醛分別在陰、陽極發(fā)生反應(yīng)生成乙醇和乙酸，總反應(yīng)式為2CH3CHO+H2O=CH3CH2OH+CH3COOH。實驗室按右圖所示裝置來模擬乙醛廢水的處理（以一定濃度的乙醛和Na2SO4溶液為電解質(zhì)溶液）。

①若以甲醇堿性燃料電池為直流電源，則燃料電池中b極應(yīng)通入____(填化學(xué)式)。

②電解池陽極區(qū)的電極反應(yīng)式為_______________________________。

③在實際工藝處理中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達(dá)60%。若在兩極區(qū)分別注入乙醛含量為3g/L的廢水1 m3，可得到乙醇________kg（計算結(jié)果保留小數(shù)點后兩位）。

Answer 1

【答案】CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，ΔH=-890 kJ/mol K= 0.225 C、D CH3OH CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+ 1.88

【解析】

(1)①由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，又22gCO2發(fā)生上述反應(yīng)，放出熱量為896kJ-451kJ=445kJ，據(jù)此書寫熱化學(xué)方程式；

②化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；

③由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=計算v(CH3OH)，再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v(H2)；使增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小；

(2)①連接電解池陰極的是原電池負(fù)極，燃料電池負(fù)極上投放燃料，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

②陽極上乙醛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙酸；

③先根據(jù)廢水的質(zhì)量、乙醛的去除率計算去除乙醛的質(zhì)量，再根據(jù)乙醛和乙醇的關(guān)系式計算生成乙醇的質(zhì)量。

(1)①由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，又22gCO2發(fā)生上述反應(yīng)，放出熱量為896kJ-451kJ=445kJ，所以1molCO2發(fā)生上述反應(yīng)，放出熱量為445kJ×2=890kJ，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，△H=-890kJ/mol；

②可逆反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的化學(xué)平衡常數(shù)k=；

③由圖2可知，10min達(dá)平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v(CH3OH)==0.075mol/(Lmin)，由于在同一化學(xué)反應(yīng)中，用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率，速率之比等于相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，所以v(H2)=3v(CH3OH)=3×0.075mol/(Lmin)=0.225mol/(Lmin)；

使增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小。

A.升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)移動，導(dǎo)致減小，A錯誤；

B.加入催化劑，化學(xué)平衡不移動，不變，B錯誤；

C.將H2O(g)從體系中分離，即減小了生成物的濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)移動，增大，C正確；

D.再充入1mol CO2和3mol H2，等效為增大壓強，化學(xué)平衡正反應(yīng)移動，平衡時增大，D正確；

E.充入He(g)，反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動，不變，E錯誤；

故合理選項是CD；

(2)①連接電解池陰極的是原電池負(fù)極，在負(fù)極上，燃料CH3OH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，該燃料電池中燃料是甲醇，所以b電極上投放的是CH3OH；

②電解過程中，陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以陽極上乙醛和氫氧根離子放電，所以除了氫氧根離子失去電子外，乙醛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+；

③設(shè)生成乙醇的質(zhì)量是x，廢水中乙醛的質(zhì)量為1m3×1000L/m3×3g/L=3000g=3kg，乙醛的去除率為60%，則反應(yīng)的乙醛為1.8kg，根據(jù)方程式CH3CHO+2e-+2H2O=CH3CH2OH+2OH-可知44kg乙醛反應(yīng)會產(chǎn)生46kg乙醇，則1.8kg乙醛反應(yīng)，產(chǎn)生乙醇的質(zhì)量為x=×1.8kg=1.88kg。