Question

【题目】甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景，可以用多种方法合成。

Ⅰ.用CO2生产甲醇

(1)已知：H2的燃烧热为-285.8 kJ/mol，CH3OH(l)的燃烧热为-725.8kJ/mol，CH3OH(g)= CH3OH(l)△H=-37.3 kJ/mol，则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=_______kJ/mol。

(2)将CO2和H2按物质的量之比1：3充入体积为2.0 L的恒容密闭容器中反应，如图两条曲线分别表示压强为0.1 M Pa和5.0 MPa下CO2转化率随温度的变化关系。

①其中a点的平衡常数表达式为：_________________。

②a，b两点化学反应速率分别用va、vb表示，则va________vb (填“大于”、“小于”或“等于”)。

(3)在1.0 L恒容密闭容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，实验测得不同温度及压强下，平衡时甲醇的物质的量变化如图所示，下列说法正确的是___________。

A. 该反应的正反应为放热反应

B. 压强大小关系为p1<p2<p3

C. M点对应的平衡常数K的值约为1.04×10-2

D. 在p2及512K时，图中N点v(正)<v(逆)

Ⅱ.用生产甲醇

(4)已知：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①该反应的焓变△H ______0(填“>”、“<”或“=”)。

②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1_________K2(填“>”“<”或“=”)。

Ⅲ.甲醇的应用

(5)以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。阳极的电极反应式为___________。

Answer 1

【答案】-94.3 大于 AC < > 2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+

【解析】

I.(1)将已知的热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式，据此求算△H；

(2)①平衡常数K=书写；

②温度相同时，依据压强与二氧化碳的转化率关系判断A、B所在曲线的压强高低，结合温度对速率的影响判断va与vb；

(3)A. 根据图象，随着温度升高，平衡时甲醇的物质的量在减小，所以升温平衡向逆反应方向移动；

B. 根据图象，作一条等温线，根据该反应为气体体积减小的反应，压强越大，平衡时甲醇的物质的量也越大判断；

C. 由图可知，M点对应的甲醇产量为0.25 mol，根据物质反应转化关系，计算各种物质的平衡物质的量及浓度，然后结合平衡常数K含义计算；

D. 由图可知，在p2及512 K时，N点甲醇的物质的量还小于平衡时的量，所以应该正向移动；

(4)①由图象可知升高温度CO的转化率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动；

②根据平衡常数的含义及温度对平衡移动的影响分析比较K的关系；

(5)阳极上甲醇失电子和CO反应生成碳酸二甲酯。

I.(1)由CO、H2、CH3OH(g)的燃烧热可得热化学方程式：

①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H1=-285.8 kJ/mol；②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H2=-725.8 kJ/mol；③CH3OH(g)=CH3OH(l) △H3= -37.3 kJ/mol，根据盖斯定律可知，3×①-②-③，整理可得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=-94.3 kJ/mol；

(2)①对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，根据平衡常数含义可知a点时反应平衡常数表达式为：K=；

②该反应的正反应是气体体积减小的反应，在温度相同时，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO2的转化率增大，由图可知a点CO2的转化率比b点大，增大压强，反应速率加快，所以反应速率：va>vb；

(3)A. 由图可知，随着温度升高，平衡时甲醇的物质的量在减小，说明升温平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，故该反应的正反应为放热反应，A正确；

B. 由图可知，作一条等温线，由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，压强越大，平衡时甲醇的物质的量也越大，所以p1>p2>p3，B错误；

C. 由图可知，M点对应的甲醇产量为0.25 mol，则根据反应方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)中物质反应关系可知：反应产生甲醇0.25 mol，则会同时产生0.25 mol H2O，会同时消耗0.25 mol CO2，消耗3×0.25 mol=0.75 mol H2，所以平衡时各种气体的物质的量分别为n(CO2)=0.75 mol，n(H2)=2 mol，n(CH3OH)=n(H2O)=0.25 mol，由于容器的体积为1.0 L，所以K==1.04×10-2，C正确；

D. 由图可知，在p2及512 K时，N点甲醇的物质的量还小于平衡时的量，说明反应应该正向移动，则v(正)>v(逆)，D错误；

故合理选项是AC；

(4)①由图象可知：升高温度CO的转化率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，则该反应的正反应是放热反应，所以△H<0；

②温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，所以根据图象可知在温度为T2时先达到平衡，所以温度T2>T1，由图象可知：升高温度CO的转化率降低，说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动，则K减小，因此即K1>K2；

(5)阳极上甲醇失电子和CO反应生成碳酸二甲酯，电极反应式为：2CH3OH+CO-2e-═(CH3O)2CO+2H+。