Question

以CO₂為碳源制取低碳有機物成為國際研究焦點，下面為CO₂加氫制取低碳醇的熱力學數(shù)據(jù)：
反應Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
反應Ⅱ：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1

（1）寫出由CH₃OH（g）合成CH₃CH₂OH（g）的熱化學反應方程式：

 

．
（2）對反應Ⅰ，在一定溫度下反應達到平衡的標志是

 

（選填編號）．
a．反應物不再轉化為生成物   b．平衡常數(shù)K不再增大
c．CO₂的轉化率不再增大      d．混合氣體的平均相對分子質量不再改變
（3）在密閉容器中，反應Ⅰ在一定條件達到平衡后，其它條件恒定，能提高CO₂轉化率的措施是

 

（選填編號）．
A、降低溫度      B、補充CO₂        C、加入催化劑       D、移去甲醇
（4）研究員以生產乙醇為研究對象，在密閉容器中，按H₂與CO₂的物質的量之比為3：1進行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質的體積分數(shù)（y%）如圖1所示．表示CH₃CH₂OH組分的曲線是

 

；圖2中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點a對應的體積分數(shù)y_a=

 

%（計算結果保留三位有效數(shù)字）．
（5）一種以甲醇作燃料的電池示意圖如圖2．寫出該電池放電時負極的電極反應式：

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）從化學平衡的定義來看，判斷一個可逆反應是否達到平衡有兩個標志：一是正逆反應速率相等，二是各組分的濃度不再變化；平衡常數(shù)隨溫度變化，依據(jù)平衡常數(shù)概念結合平衡常數(shù)變化和平衡移動原理分析平衡發(fā)生移動的方向；根據(jù)外界條件對反應速率的影響分析判斷速率變化，提高物質轉化率的方法是增加另一種物質，分離出生成物，改變溫度、壓強平衡正向進行；
（3）根據(jù)外界條件對反應速率的影響分析判斷速率變化；提高物質轉化率的方法是增加另一種物質，分離出生成物，改變溫度、壓強使平衡正向移動；
（4）反應為放熱反應，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，即向逆反應移動，平衡時CO₂與H₂的含量增大，開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應按3：1進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時H₂的含量比二氧化碳高；平衡時CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時H₂O的含量高；a點為II和III的交點，設此時II C₂H₅OH體積為V，那么III H₂也為V，根據(jù)方程式中的關系求出CO₂和H₂O的體積，再求體積分數(shù)y_a；
（5）甲醇燃料在原電池中做負極失電子發(fā)生氧化反應．

解答： 解：（1）已知：反應I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ?mol^-1
反應II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律Ⅱ-I×2得：2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）；△H=-75.6 kJ?mol^-1；
故答案為：2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6 kJ?mol^-1；
（2）反應Ⅰ，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，反應是氣體體積減小的放熱反應，在一定溫度下反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同；在一定溫度下反應達到平衡的標志是：
a．反應達到平衡狀態(tài)是正逆反應仍在進行，所以不存在反應物不再轉化為生成物的狀態(tài)，故a錯誤；
b．平衡常數(shù)K只與溫度有關，與是否達到平衡狀態(tài)無關，故b錯誤；
c．CO₂的轉化率不再增大，即反應達到限度，是平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應后氣體的物質的量減少，質量不變，所以混合氣體的平均相對分子質量逐漸增大，當混合氣體的平均相對分子質量不再改變時即是平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：cd；
（3）其他條件恒定，如果想提高CO₂的反應速率，可以采取的反應條件是：
a、降低溫度，反應速率減小，平衡正向進行，二氧化碳轉化率增大，故a正確；
b、補充CO₂，反應物的濃度增大，反應速率加快，二氧化碳轉化率減小，故b錯誤；
c、加入催化劑 改變反應速率不改變化學平衡，故c錯誤；
d、移去甲醇，生成物濃度減小，速率降低，平衡向正反應移動，二氧化碳轉化率增大，故d正確；
故答案為：ad；
（4）該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，平衡時CO₂與H₂的含量增大，CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低．
開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應按3：1進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；
CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍．
曲線Ⅰ、曲線Ⅱ隨溫度升高含量降低，且曲線Ⅱ的含量高，所以曲線Ⅰ表示CH₃CH₂OH、曲線Ⅱ表示H₂O．
a點為II和III的交點，設此時II C₂H₅OH體積為V，那么III H₂也為V，可知為CO₂ 為

1

3

V，H₂O為C₂H₅OH的三倍，則為3V，
所以a對應的體積分數(shù)y_a=

V

V+V+ 1 3 V+3V

×100%=18.8%；
故答案為：Ⅰ；18.8%；
（5）依據(jù)圖示分析，甲醇做負極失電子發(fā)生氧化反應，在熔融鹽做電解質中發(fā)生的電極反應為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算，化學平衡影響因素分析判斷，圖象理解應用，原電池原理的分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．