题目内容

10．甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景．工业上用如下方法好处甲醇：

①方法一：该反应的△S＜0（填“＞”或“＜”）．图中曲线a到曲线b的措施是使用合适的催化剂，恒温恒容时，下列说法能说明反应到达平衡状态的是AC．
A．体系的平均摩尔质量不再改变                B．V（CO）=V（CH3OH）
C．H2的转化率达到了最大限度                  D．△H不再改变
②方法二：将CO2和H2按物质的量之比1：3充入体积为2.0L的恒容密闭容器中反应，如图两条曲线分别表示压强为0.1MPa和5.0MPa下CO2转化率随温度的变化关系，其中a点的平衡常数表达式为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
a，b两点化学反应速率别用Va、Vb表示，则Va大于Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）．
已知原子利用率=期望产物的总质量与生成物的总质量之比，则方法二的原子利用率与方法一的原子利用率之比为16：25．
③甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是通电后将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．写出除去甲醇的离子方程式6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．

分析 ①方法一中正反应为气体物质的量减小的反应，为熵减的反应；
图中曲线a到曲线b改变反应途径，降低活化能，应是使用合适的催化剂；
可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
②化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
a、b两点温度相同，正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，故压强曲线A＞曲线B，压强越大反应速率越快；
已知原子利用率=期望产物的总质量与生成物的总质量之比，据此计算原子原子利用率进行解答；
③以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写方程式．

解答 解：①方法一中正反应为气体物质的量减小的反应，为熵减的反应，即△S＜0；
图中曲线a到曲线b改变反应途径，降低活化能，应是使用合适的催化剂；
可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
A．混合气体总质量不变，随反应进行总物质的量减小，体系的平均摩尔质量增大，当体系的平均摩尔质量不再改变，说明到达平衡，故A正确；
B．未指明正逆速率，不能说明到达平衡，若分别表示正、逆速率，则到达平衡状态，故B错误；
C．H2的转化率达到了最大限度，反应到达平衡状态，故C正确；
D．一定温度、压强下，焓变△H与是否到达平衡无关，与物质的聚集状态及化学计量数有关，故D错误，
故答案为：＜；使用合适的催化剂；AC；
②a点发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
a、b两点温度相同，正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，故压强曲线A＞曲线B，压强越大反应速率越快，故反应速率Va大于Vb；
已知原子利用率=期望产物的总质量与生成物的总质量之比，方法一中原子全部转化为生成物，原子利用率为100%，方法二原子利用率为=$\frac{32g}{44g+6g}$×100%=64%，则方法二与方法一的原子利用率之比为64%：100%=16：25，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；大于；16：25；
③以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，反应离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+，
故答案为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断、化学平衡影响因素、平衡常数、离子方程式的书写等，题目综合性强，难度中等，侧重学生综合能力的培养．

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