题目内容

6.甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要应用.工业上用甲烷氧化法合成甲醇,反应流程中涉及如下反应(下列焓变数据均在25℃测得
CH4(g)+CO(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3KJ•mol-1
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1•mol-1
2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0KJ•mol-1
(1)25℃时,用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ?mol-1
(2)某温度下,向容积为4L的恒容密闭容器中通入6molCO2和6mol CH4,发生反应①,5min后反应在该温度下达到平衡,这时测得反应体系中各组分的体积分数相等,则该反应在0~5min内的平均反应速率v(CO)=0.2mol•L-1•min-1.;在相同温度下,将上述反应改在某恒压容器内进行,该反应的平衡常数不变(填“增大”“不变”或“减小”);
(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,25℃时,其反应的热化学方程式为
CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCH3(g)△H=-29.1KJ•mol-1
科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如图一所示:
①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素,在下列各压强    数据中,工业上制取甲酸甲酯应选择的是b(填下列序号字母)
a.3.5×106Pa    b.4.0×l06Pa    c.5.0×106Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中,采用的温度是80℃,其理由是高于80℃时,温度对反应速率影响较小,且反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低
(4)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注.DMFC的工作原理如图二所示:
①通入气体a的电极是电池的负(填“正”或“负”)极,其电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
②25℃时,用此电池以石墨作电极电解0.5L饱和食盐水(足量),若两极生成的气体共1.12L(已折算为标准状况下的体积),则电解后溶液的pH为13(忽略溶液体积的变化).

分析 (1)根据①CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
③2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1
由盖斯定律①×2+②×2+③计算书写热化学方程式;
(2)根据平衡体系中各组分的体积分数相等,利用三段式结合平均反应速率v(CO)=$\frac{△c}{△t}$进行计算,平衡常数仅与温度有关,温度不变,平衡常数也不变;
(3)①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看,图象中转化率较大的是4.0×106Pa;
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大,又反应是放热反应,温度过高,平衡逆向进行,不利于转化率增大;
(4)①根据图知,交换膜是质子交换膜,则电解质溶液呈酸性,根据氢离子移动方向知,通入a的电极为负极、通入b的电极为正极,负极上甲醇失去电子发生氧化反应;
②根据电解池的工作原理和电极方程式来计算.

解答 解:(1)根据①CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1kJ•mol-1
③2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1
由①×2+②×2+③得2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H,故△H=2△H1+2△H2+△H3=(+247.3kJ•mol-1)×2+(-90.1kJ•mol-1)×2+(-566.0kJ•mol-1)=-251.6kJ•mol-1,所以用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
故答案为:2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)
起始(mol) 6        6         0       0
变化(mol) x        x         2x      2x
平衡(mol)6-x       6-x       2x      2x
平衡体系中各组分的体积分数相等,所以6-x=2x,解得x=2,
则该反应在0~5min内的平均反应速率v(CO)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2×2mol}{4L}}{5min}$=0.2mol•L-1•min-1
又平衡常数仅与温度有关,温度不变,平衡常数也不变,所以在相同温度下,将上述反应改在某恒压容器内进行,该反应的平衡常数不变,
故答案为:0.2;不变;
(3)①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看,图象中转化率较大的是4.0×106Pa,故选:b;
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大,反应是放热反应,温度过高,平衡逆向进行,不利于转化率增大,
故答案为:高于80℃时,温度对反应速率影响较小,且反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低;
(4)①根据图知,交换膜是质子交换膜,则电解质溶液呈酸性,根据氢离子移动方向知,通入a的电极为负极、通入b的电极为正极,负极上甲醇失去电子发生氧化反应,负极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,
故答案为:负;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
②用此电池以惰性电极电解饱和食盐水的电极反应为:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-,当两极共收集到标准状况下的气体1.12L(0.05mol)时,则生成氢氧化钠的物质的量是0.05mol,所以COH-=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L,所以pH=13,故答案为:13.

点评 本题考查了盖斯定律的应用、热化学方程式的计算书写、化学平衡的计算、图象分析判断以及电化学的知识等,注意掌握基础知识的掌握,题目难度中等.

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