Question

13．工业和生活废弃物的排放对环境造成了明显的影响，如何减少有害成分的排放受到了人们的普遍关注．
I．对工业废气中的CO、CO₂的回收再利用可减少碳氧化物的排放对环境的影响．工业废气中的CO、CO₂可用作合成甲醇的原料．
（1）用CO合成甲醇的反应为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在容积为1L的密闭容器中分别充入1mol CO和2mol H₂，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图1所示．则该反应的△H＜0（填“＜”、“＞”或“=”），判断的理由是根据图1所示，温度升高，甲醇的物质的量减小，平衡逆向移动，则正反应放热．

（2）利用工业废气中的CO₂制取甲醇的反应为：CO₂+3H₂$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH+H₂O．常温常压下已知相关反应的能量变化如图2和图3所示：由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol．
（3）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种．
①甲醇蒸汽重整法．主要反应为；CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）；设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol CH₃OH（g），体系压强为p₁，在一定条件下达到平衡时，体系压强为p₂，且$\frac{{p}_{2}}{{p}_{1}}$=2.2，则该条件下CH₃OH的平衡转化率为60%．
②甲醇部分氧化法．在一定温度下以Ag/CeO₂-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图4所示．则当$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O．在制备H₂时最好控制$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.5．
II．对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施．

（1）含乙酸钠和对氯酚（）的废水可以通过构成微生物电池除去，其原理如图5所示．
①B是电池的负极（填“正”或“负”）；②A极的电极反应式为+2e^-+H⁺═-OH+Cl^-．
（2）电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如图6所示（图中“HA”表示乳酸分子，A^-表示乳酸根离子），阳极的电极反应为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）图象分析可知先拐先平，温度高，甲醇物质的量随温度升高减小，说明升温平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应为放热反应；
（2）依据图2、3中热化学方程式结合盖斯定律计算得到二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式；
（3）①根据三段式计算转化率；
②当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应为甲醇的催化氧化生成甲醛，反应的方程式为：2CH₃OH+O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O；依据图象分析制备氢气时最好是n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5；
Ⅱ（1）①根据原电池中阳离子的移动方向确定正负极；
②原电池中正极上得电子，发生还原反应，结合正极反应物来分析解答；
（2）电解池中阳极上氢氧根离子失电子生成氧气．

解答 解：（1）用CO合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），根据图1所示，温度升高，甲醇的物质的量减小，平衡逆向移动，则正反应放热，则该正反应的△H＜0，
故答案为：＜；根据图1所示，温度升高，甲醇的物质的量减小，平衡逆向移动，则正反应放热；
（2）图2、3中热化学方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
由盖斯定律②-①得到二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（3）①CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
起始量/mol  0.60          0             0
转化量/mol   x              x             2x
平衡量/mol  0.60-x        x             2x
气体压强之比等于气体物质的量之比，$\frac{0.60-x+x+2x}{0.60}$=2.2
解得x=0.36
n（H₂）_平=0.36mol×2=0.72mol
CH₃OH的转化率=$\frac{0.36mol}{0.60mol}$×100%=60%，
故答案为：60%；
②当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应为甲醇的催化氧化生成甲醛，反应的方程式为：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O；依据图象分析，在制备H₂时最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5时氢气生成最多，
故答案为：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O；0.5；
Ⅱ（1）①原电池中氢离子的移动方向是从负极流向正极，所以B是电池的负极，
故答案为：负；
②A是正极，正极上发生得电子的还原反应：+2e^-+H⁺═-OH+Cl^-，
故答案为：+2e^-+H⁺═-OH+Cl^-；
（2）阳极上是阴离子氢氧根离子发生失电子的氧化反应，电极反应式为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．

点评 本题考查了热化学方程式书写，化学平衡常数、移动、转化率等问题，要注意图象正确分析，题目难度中等．