题目内容
【题目】铑基催化剂催化CO加氢合成甲醇(CH3OH)、乙醛(CH3CHO)、乙醇等碳的含氧化合物是近年来化学界比较活跃的研究课题之一。
(1)已知:(ⅰ)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol
(ⅱ)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-24.5kJ/mol
(ⅲ)C2H5OH(g)CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJ/mol
则由CO催化加氢制备乙醇气体(另一产物为水蒸汽)的热化学反应方程式为________。
(2)直接甲醇燃料电池(DMFC)成本低、效率高,某研究所尝试用DMFC电解处理含氰电镀废水。调节废水pHl0~12.5,电解过程中,CNˉ先被氧化成CNOˉ(两种离子中氮元素均为-3价),再进一步氧化为碳酸盐和N2。
①请写出CNOˉ被氧化的电极反应式________。
②欲处理1m3CNˉ含量为390mg/L的电镀废水,至少需准备________kg甲醇。
(3)在2.0L密闭容器中放入1 molCO与2molH2,在反应温度T1时进行如下反应:
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g),反应时间(t)与容器内气体总物质的量(n)的数据见下表:
时间t/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
总物质的量n/mol | 3.0 | 2.7 | 2.5 | 2.3 | 2.1 | 2.0 | 2.0 |
①在0~5min时段,反应速率v(CH3OH)为________;有利于提高上述反应平衡转化率的条件是________。
A.高温高压 B.低温低压 C.高温低压 D.低温高压
②计算温度T1时反应的平衡常数K1________;T1时达平衡后,改变反应温度为T2,平衡常数增大,则T2________T1(填“大于”“小于”),判断理由是________。
【答案】 2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=-255.4kJ/mol 2CNO-+8OH--6e-=2CO32-+N2↑+4H2O 0.4 0.05mol·L-l·min-1 D 1(L/mol)2 小于 平衡常数增大,说明反应向正方向进行,反应正方向放热,故温度降低
【解析】(1)由CO催化加氢制备乙醇气体(另一产物为水蒸汽)的化学反应方程式为:2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g),根据已知方程式:(ⅰ)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol(ⅱ)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-24.5kJ/mol
(ⅲ)C2H5OH(g)CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJ/mol 要得到目标方程,则(ⅰ)×2+(ⅱ)-(ⅲ),故目标方程的反应热为:△H=△H1×2+△H2-△H3=-255.4kJ/mol,故热化学方程式为:2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=-255.4kJ/mol;
(2)①根据题意,电解过程中,废水为碱性,CNOˉ(C是+4价、N是-3价)被氧化为碳酸盐和N2,故其电极先写:2CNO-- = 2CO32-+N2↑ C的化合价没变,生成1mol N2,失去6mol电子,2CNO- -6e-= 2CO32-+ N2↑,左边缺氧,故左边再加上OH-,右边生成水,故其电极反应为:2CNO-+8OH--6e-=2CO32-+N2↑+4H2O;
②1m3 CNˉ含量为390mg/L的电镀废水中,n(CNˉ)=15mol,处理15mol CNˉ,CNˉ先被氧化成CNOˉ,消耗30mol电子,根据①中电极反应,该电解转移45mol电子,共需要75mol电子,若用甲醇燃料电池做该电解池的电源,1mol甲醇提供6mol电子,故需要12..5mol甲醇,故至少需准备甲醇的质量为12.5400g=0.4kg;
(3) CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol
起始(mol) 1 2 0
转化(mol) x 2x x
5min(mol) 1-x 2-2x x
5min时: 1-x + 2-2x +x =2 x=0.5
反应速率v(CH3OH)= = 0.05mol·L-l·min-1;
由于该反应是放热反应,高温平衡逆向移动,高压平衡正向移动,故要提高反应平衡转化率,则平衡应正向移动,故应选条件为低温高压,故选D;
②温度T1时反应的平衡常数K1===1;
T1时达平衡后,改变反应温度为T2,平衡常数增大,说明平衡正向移动,温度应该降低,故T2小于T1。