题目内容

10.甲醇是一种可再生燃料,它的沸点为64.7℃,有科学家提出:把含有过量CO2的空气吹入碳酸钾溶液中,然后再把CO2从溶液中提取出来,经化学反应后得到甲醇,其构想流程如图所示:
试回答下列问题:
(1)写出吸收池中主要反应的化学方程式K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;
(2)在2×105Pa、300℃合成塔中,若有440g CO2与H2恰好完全反应生成甲醇和水,放出495kJ的热量,试写出合成塔中发生反应的热化学方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1 (2×105Pa、300℃);
(3)在合成塔中发生的是放热反应,高温不利于甲醇的生成,合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是该温度下催化剂的活性最高,较低温时反应速率过慢,生产效率低,若要提高甲醇的产率,可采取的措施有(写两条)降温、加压;
(4)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CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H;
(5)986℃时,在容积不变的密闭容器中加入一定量的CO2和H2发生反应:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),CO2、H2的起始浓度都为1.0mol•L-1,达到平衡浓度时CO2、H2的浓度均变为0.44mol•L-1,试计算986℃时,该反应的平衡常数(写出计算过程,保留2位有效数字).

分析 (1)二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾;
(2)反应方程式为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g),计算1mol二氧化碳反应放出的热量,进而书写热化学方程式;
(3)在合成塔中发生的是放热反应,高温不利于甲醇的生成,较低温时反应速率过慢,合成塔中维持300℃的较高温度,可以提高反应速率,催化剂在此温度下活性最大;
若要提高甲醇的产率,应改变条件使平衡向正反应方向移动,依据平衡移动原理分析解答;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子与水;
(5)计算各物质的平衡浓度,代入平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$计算.

解答 解:(1)二氧化碳通入饱和碳酸钾溶液的吸收池中反应生成碳酸氢钾,反应的方程式为:K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3,故答案为:K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;
(2)反应的方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g),n(CO2)=$\frac{440g}{44g/mol}$=10mol,完全转化为甲醇出495 kJ的热量,则生成1 mol CH3OH放出热量49.5 kJ的热量,所以热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1 (2×105Pa、300℃),
故答案为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1 (2×105Pa、300℃);
(3)在合成塔中发生的是放热反应,高温不利于甲醇的生成,较低温时反应速率过慢,生产效率低,合成塔中维持300℃的较高温度的原因提高反应速率,催化剂在此温度下活性最大,反应是放热反应,气体体积减小的反应,依据平衡移动原理可知反应正向进行提高甲醇的产率,应采取降温、加压,或将甲醇从混合体系中分离出来的措施,
故答案为:该温度下催化剂的活性最高,较低温时反应速率过慢,生产效率低;降温、加压或将甲醇从混合体系中分离出来;
(4)负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根离子与水,负极电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O;
(5)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)
起始物质的量浓度(mol•L-1):1.0    1.0     0       0
转化物质的量浓度(mol•L-1):0.56   0.56    0.56    0.56
平衡物质的量浓度(mol•L-1):0.44   0.44    0.56    0.56
平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$=$\frac{0.56×0.56}{0.44×0.44}$≈1.6,
答:986℃时,该反应的平衡常数为1.6.

点评 本题甲醇合成为载体,考查热化学方程式书写、对条件控制的分析评价、化学反应速率与化学平衡影响因素、电极反应式书写、平衡常数计算等,基本属于拼合型题目,难度中等.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网