Question

【题目】甲醇耐高温、易存储热值高、节能环保，可做燃料，又是重要的化工原料。科学家用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与反应生成甲醇。已知：、和的燃烧热H分别为、和。请回答下列问题：

(1)用太阳能分解水消耗的能量是________。

(2)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________。

(3)催化加氢合成甲醇(反应Ⅱ)中伴随着反应Ⅰ的发生：

反应Ⅰ：

反应Ⅱ：

在恒压、和的起始量一定的条件下，平衡转化率和平衡时的选择性随温度的变化如图。其中：的选择性

①温度高于300℃，平衡转化率随温度升高而上升的原因是_________。

②220℃时，在催化剂作用下与反应一段时间后，测得的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高选择性的措施有_________________(写出两点)。

(4)在体积为的密闭容器中充入和发生反应Ⅱ，到平衡时氢气的转化率为25%，求该反应的平衡常数K=________。(结果保留二位有效数字)

(5)研究证实，也可在硫酸溶液中用惰性电极电解生成甲醇，生成甲醇的电极反应式为__________，另一极电解产物是________________。

Answer 1

【答案】571.6 反应Ⅰ的，反应Ⅱ的，温度升高使转化为的平衡转化率上升，使转化为的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度 增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂 0.0062

【解析】

（1）氢气的燃烧热可知水分解吸收的能量，然后利用化学计量数与反应热的关系来计算；

（2）CO和CH3OH的燃烧热概念先书写热方程式，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；

（3）①根据题干信息，反应Ⅰ的，反应Ⅱ的，分析温度对反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡移动情况即可；

②根据的选择性的定义，温度不能改变，只能改变压强和浓度，分析增大H2的浓度和增大压强，对反应Ⅰ和反应Ⅱ平衡的影响，也可通过催化剂的选择性来控制反应Ⅱ和反应Ⅰ的发生；

(4)根据题干信息，进行三段式计算可知： ，代入平衡常数表达式求出该反应的平衡常数；

(5)分析该过程中碳的化合价由+4价降低为-2价发生还原反应，故生成甲醇在阴极上发生，且电解质是硫酸溶液，故其电极反应式为，另一极即阳极，阳极发生氧化反应，故电极方程式为： ，故电解产物为O2。

Ⅰ．（1）由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJmol-1知，1molH2（g）完全燃烧生成1molH2O（l）放出热量285.8kJ，即分解1mol H2O（l）为1mol H2（g）消耗的能量为285.8kJ，则分解2mol H2O（l）消耗的能量为285.8kJ×2=571.6kJ，故答案为：571.6 kJ；
（2）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJmol-1和-726.5kJmol-1，则
①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1
②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJmol-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=-726.5kJmol-1-（-283.0kJmol-1）=-443.5kJmol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.5kJmol-1；

（3）①由题干可知：反应Ⅰ的，故温度升高使转化为的平衡转化率上升；而反应Ⅱ的，故温度升高使转化为的平衡转化率下降，但由于上升幅度超过下降幅度，最终导致CO2的平衡转化率上升，故答案为：反应Ⅰ的，反应Ⅱ的，温度升高使转化为的平衡转化率上升，使转化为的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度；

②根据的选择性的定义，想提高其选择性，应该使得平衡向生成更多CH3OH的方向移动，温度不能改变，只能改变压强和浓度，若增大H2的浓度，反应Ⅰ也向正向移动，故CH3OH的选择性不一定提高，但是增大压强，反应Ⅰ平衡不移动，反应Ⅱ平衡正向移动，故CH3OH的选择性一定提高，同时也可通过改变催化剂来控制反应Ⅱ和反应Ⅰ的发生，寻找一种对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂来提高其选择性，故答案为：增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂；

(4)在体积为的密闭容器中充入和发生反应Ⅱ，到平衡时氢气的转化率为25%，根据三段式计算可知： ，该反应的平衡常数，故答案为：0.0062；

(5)研究证实，也可在硫酸溶液中用惰性电极电解生成甲醇，该过程中碳的化合价由+4价降低为-2价发生还原反应，故生成甲醇在阴极上发生，且电解质是硫酸溶液，故其电极反应式为，另一极即阳极，阳极发生氧化反应，故电极方程式为： ，故电解产物为O2，故答案为：，O2。