题目内容

【题目】氢气、碳氧化物是合成可再生能源甲醇的基础原料,具有重要的应用前景。

(1)已知H2(g)、CO(g)CH4(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1、283.0 kJ·mol-1890.0 kJ·mol-1一定条件下,COH2合成甲烷的热化学方程式为:CO(g)+3H2(g)==CH4(g)+H2O(1)H

H=________;该反应能自发进行的原因是_____________________________________

(2)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:

反应I:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

反应II:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

①一定温度下,在体积可变的恒压密闭容器中加入4molH2一定量的CO发生反应I,开始时容器体积为2L,COCH3OH(g)的浓度随时间变化如图1。10min达到平衡,则反应I的化学平衡常数为______________(结果保留一位小数)。

②恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2H2,下列描述能说明反应II已经达到平衡状态的是________________(填序号)。

A.容器内CO2的体积分数不再变化 B.CO2H2转化率的比值不再变化

C.当水分子中断裂2NAO-H键,同时氢分子中断裂3NAH-H

D.容器内混合气体的平均相对分子质量达到34.5,且保持不变

(3)KOH作电解质的CO碱性燃料电池(如图2)作电源,用惰性电极电解含CN-废水,将CN-彻底氧化为无害气体,以净化废水。该电池的负极反应式为_____________;若开始时正、负两电极区溶液质量相等,当除去1molCN-时,理论上两电极区溶液的质量差为______g。

(4)工业上通过CO与甲醇制取甲酸甲酯,热化学方程式为:CO(g)+ CH3OH(g) HCOOCH3(g)H =-29kJ·mol-1 。科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如图3。实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是__________________________

【答案】 -250.4 kJ·mol-1 该反应焓变数值较大,且小于0 0.1 C CO+4OH-2e═CO32+2H2O 200 高于80℃,温度对反应速率影响较小;且反应放热,升温平衡逆向移动,转化率降低

【解析】试题分析(1)根据盖斯定律计算CO(g)+3H2(g)==CH4(g)+H2O(1)的△H;根据焓判据,化学反应易向放热方向进行;(2)①开始时容器体积是2L,CO浓度是1mol/L则CO的物质的量是2mol,设反应消耗CO的物质的量为xmol,平衡后容器体积为vL,

,得 ;根据 计算平衡常数②根据平衡标志分析;(3)KOH作电解质的CO碱性燃料电池通入CO的电极是负极CO失电子发生氧化反应生成CO32-除去1molCN-时转移电子5mol,根据电子守恒,正极需通入1.25mol氧气,负极通入2.5molCO,5molOH-从阴离子交换膜的左侧移动到右侧;(4)高于80℃,温度对反应速率影响较小;且CO(g)+ CH3OH(g) HCOOCH3(g)反应放热,升温平衡逆向移动,转化率降低

解析:H2(g)、CO(g)CH4(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1、283.0 kJ·mol-1890.0 kJ·mol-1①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1;②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1;③CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = -890 kJ·mol-1,根据盖斯定律 +①-③得 CO(g)+3H2(g)==CH4(g)+H2O(1)△H=-250.4 kJ·mol-1;根据焓判据,该反应焓变数值较大,且小于0,所以该反应能自发进行。(2)①开始时容器体积是2L,CO浓度是1mol/L则CO的物质的量是2mol,设反应消耗CO的物质的量为xmol,平衡后容器体积为vL,

,得 = 0.1 ;②

容器内CO2的体积分数=容器内CO2的体积分数是定值所以CO2的体积分数不再变化,不一定达到平衡状态,故A错误; CO2H2转化率的比值=, CO2H2转化率的比值是定值,所以CO2H2转化率的比值不再变化不一定平衡故B错误;当水分子中裂2NAO-H键,同时氢分子中断裂3NAH-H说明正逆反应速率相等一定达到平衡状态故C正确;容器内混合气体的平均相对分子质量不可能达到34.5,故D错误。 (3)KOH作电解质的CO碱性燃料电池通入CO的电极是负极CO失电子发生氧化反应生成CO32-,负极反应式是CO+4OH-2e═CO32-+2H2O;除去1molCN-时转移电子5mol,根据电子守恒,正极需通入1.25mol氧气,负极通入2.5molCO,5molOH-从阴离子交换膜的左侧移动到右侧;所以左侧质量减少右侧质量增加理论上两电极区溶液的质量差为200g。(4)高于80℃,温度对反应速率影响较小;且CO(g)+ CH3OH(g) HCOOCH3(g)反应放热,升温平衡逆向移动,转化率降低所以工业生产中采用的温度是80℃。

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