Question

能源短缺是人类面临的重大问题，甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反应II：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
（1）上述反应符合“原子经济”原则的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
（2）图中甲图表示用反应Ⅱ生产燃料甲醇反应过程中能量的变化情况；乙图表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化情况．

请回答下列问题．
①下列说法正确的是

 

（填字母序号）．
a．在甲图中，曲线b表示使用了催化剂
b．起始充入的CO为2mol，从反应开始到达到平衡，v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1
c．增大CO的浓度，CO的转化率增大
d．容器中压强恒定时，说明反应已达平衡状态
e．保持温度和密闭容器的容积不变，再充入1mol CO和2mol H₂，再次达到平衡时

n(CH3OH)

n(CO)

的值会变小
②该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数为

 

．若保持其他条件不变，将反应体系升温，则该反应的化学平衡常数

 

（填“增大”“减小”或“不变”）．
③请在丙图所示坐标图中画出平衡时甲醇的百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）的变化曲线，要求画出压强不同的两条曲线（在曲线上标出P₁、P₂且P₁＜P₂）．
（3）甲醇的一个重要作用是可以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：

 

．
（4）已知CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
（2）①a、在甲图中，曲线b表示使用了催化剂，反应的活化能降低；
b、起始充入的CO为2mol，说明容器体积为2L，v（CO）=

1-0.25

10

mol?L^-1?min^-1，所以v（H₂）=2v（CO）=0.15mol?L^-1?min^-1；
c、增加CO浓度，会促进氢气的转化，但本身的转化率降低；
d、该反应为反应前后压强不等的反应；
e、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，比值增大；
②根据三行式来求解；因温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，平衡常数减小；
（3）负极发生氧化反应，在碱性介质中生成碳酸盐；
（4）根据CO和CH₃OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式．

解答： 解：（1）根据原子经济知，Ⅱ没有副产物，符合原子经济理念，中有副产物，不符合原子经济理念，
故答案为：Ⅱ；
（2）①a、在甲图中，曲线b表示使用了催化剂，反应的活化能降低，故选；
b、起始充入的CO为2mol，说明容器体积为2L，v（CO）=

1-0.25

10

mol?L^-1?min^-1，所以v（H₂）=2v（CO）=0.15mol?L^-1?min^-1，故不选；
c、增加CO浓度，会促进氢气的转化，但本身的转化率降低，故不选；
d、该反应为反应前后压强不等的反应，故选；
e、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，比值增大，故不选；
故答案为：ad；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L） 1       2          0
转化（mol/L） 0.75   1.5        0.75
平衡（mol/L） 0.25   0.5        0.75
则化学平衡常数K=

0.75

0.25×(0.5)2

=12；
因温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，平衡常数减小；
故答案为：12； 减小；
③因温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，温度相同时压强越大，CH₃OH的百分含量越高，所以图为：，故答案为：；
（3）负极发生氧化反应，在碱性介质中生成碳酸盐，所以电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，则
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1．

点评：本题考查化学平衡状态判断、化学平衡有关计算、影响化学平衡的因素、化学平衡图象等，难度中等．