Question

11．回答下列有关重要化工原料甲醇的有关问题
（1）合成气用于制备甲醇的反应为2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H
①根据下表中有关化学键键能数据求算该反应的△H=-99kJ．mol^-1

化学键	H-H	C-O	C≡O	H-O	C-H
E/（kJ•mol-1）	436	343	1076	465	413

②在T℃、恒容条件下，该反应的平衡常数Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2．若起始时投入2molH₂、1molCO，反应达到平衡时p（CH₃OH）=24.0kPa，则平衡混合气体中CH₃OH的物质的量分数约为44.4%（Kp是平衡分压代替平衡浓度计算所得平衡常数，分压=总压×物质的量分数）．根据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响增大压强使反应体系各组分浓度增大，反应速率加快，正反应为气体物质的量减小的反应，压强增大平衡正向移动，H₂、CO的转化率增大，CH₃OH的产率增大
（2）利用甲醇合成二甲醚的反应如下：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），一定温度下，在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生该反应：

容器编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O
Ⅰ	387	0.20	x
Ⅱ	387	0.40		y
Ⅲ	207	0.20	0.090	0.090

①$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{2}$
②已知387℃时该反应的化学平衡常数K=4．若起始时项容器Ⅰ中充入0.1molCH₃OH、0.15molCH₃OCH₃和0.10molH₂O，则反应将向正（填“正”或“逆”）反应方向进行
③容器Ⅱ中反应达到平衡后，若要进一步提高甲醚的产率，可以采取的温度方面的措施是降低温度
（3）用甲醇电化学合成（CH₃O）₂CO的工作 原理如图所示

电源负极为B（填“A”或“B”），写出阳极的电极反应式2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺．若参加反应的O₂为1.12m³（标准状况），则制得（CH₃O）₂CO的质量为9kg．

Answer 1

分析 （1）①反应热=反应物总键能-生成物总键能；
②起始时投入2molH₂、1molCO，二者按2：1反应，故平衡时二者物质的量之比为2：1，二者分压之比为2：1，设平衡时CO分压为p，则氢气分压为2p，结合平衡常数计算CO分压，相同条件下，压强之比等于物质的量之比，进而计算平衡混合气体中CH₃OH的物质的量分数；
增大压强反应速率加快，正反应为气体物质的量减小的反应，平衡正向移动；
（2）①Ⅱ等效为在I的基础上压强增大一倍，反应前后气体体积不变，平衡不移动，反应物转化率不变；
②计算浓度商Qc，与平衡常数比较，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＞K，反应向逆反应进行，若Qc＜K，反应向正反应进行；
③计算207℃时该反应的化学平衡常数，与387℃时平衡常数K=4比较，判断反应是吸热反应还是放热反应，应改变温度使Ⅱ中平衡正向移动；
（3）由结构示意图可知，电解池左侧发生氧化反应、右侧发生还原反应，则电解池左侧为阳极，连接电源的正极，右侧为阴极，连接电源的负极，阳极是甲醇、CO失去电子生成（CH₃O）₂CO与氢离子；
根据电子转移守恒计算生成（CH₃O）₂CO的物质的量，再根据m=nM计算其质量．

解答 解：（1）①反应热=反应物总键能-生成物总键能，则△H=2×436kJ．mol^-1+1076kJ．mol^-1-3×413kJ．mol^-1-343kJ．mol^-1-465kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1，
故答案为：-99；
②起始时投入2molH₂、1molCO，二者按2：1反应，故平衡时二者物质的量之比为2：1，二者分压之比为2：1，设平衡时CO分压为p，则氢气分压为2p，该反应的平衡常数Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2，反应达到平衡时p（CH₃OH）=24.0kPa，则$\frac{24kPa}{（2p）^{2}×p}$=6.0×10^-3（kPa）^-2，解得p=10kPa，相同条件下，压强之比等于物质的量之比，故平衡时H₂、CO、CH₃OH的物质的量之比为20：10：24=10：5：12，则平衡混合气体中CH₃OH的物质的量分数为$\frac{12}{10+5+12}$=44.4%；
增大压强使反应体系各组分浓度增大，反应速率加快，正反应为气体物质的量减小的反应，压强增大平衡正向移动，H₂、CO的转化率增大，CH₃OH的产率增大，
故答案为：44.4%；增大压强使反应体系各组分浓度增大，反应速率加快，正反应为气体物质的量减小的反应，压强增大平衡正向移动，H₂、CO的转化率增大，CH₃OH的产率增大；
（2）①Ⅱ等效为在I的基础上压强增大一倍，反应前后气体体积不变，平衡不移动，反应物转化率不变，设转化率为a，则x=2a，y=4a，故$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{2}$，
故答案为：$\frac{1}{2}$；
②浓度商Qc=$\frac{0.15×0.1}{0．{1}^{2}}$=1.5＜K=4，故反应向正反应进行，故答案为：正；
③207℃时，平衡时甲醚与水均为0.09mol，则消耗的甲醇为0.18mol，平衡时甲醇为0.02mol，则平衡常数K=$\frac{0.09×0.09}{0.0{2}^{2}}$=20.25，大于387℃时平衡常数，说明降低温度平衡向正反应进行，故正反应为放热反应，容器Ⅱ中反应达到平衡后，若要进一步提高甲醚的产率，可在温度方面的措施为：降低温度，
故答案为：降低温度；
（3）由结构示意图可知，电解池左侧发生氧化反应、右侧发生还原反应，则电解池左侧为阳极，连接电源的正极，右侧为阴极，连接电源的负极，B为电源的负极，阳极是甲醇、CO失去电子生成（CH₃O）₂CO与氢离子，电极反应式为：2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺，
消耗氧气为$\frac{1120}{22.4L/mol}$=50mol，根据电子转移守恒可知，生成（CH₃O）₂CO的物质的量为$\frac{50mol×4}{2}$$\frac{50mol}{2}$=100mol，则制得（CH₃O）₂CO的质量为100mol×90g/mol=9000g=9Kg，
故答案为：B；2CH₃OH+CO-2e^-=（CH₃O）₂CO+2H⁺；9．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应热计算、电化学等，侧重考查学生解决问题能力，难度中等．