Question

甲醇是一种用途广泛的化工原料．
（1）工业上常用下列两种反应制备甲醇：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₂
已知：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₄=+44.0kJ/mol则△H₂=

 

（2）实验室模拟用CO和H₂反应来制甲醇．在250℃下，将一定量的CO和H₂投入10L的密闭容器中，各物质的物质的量浓度（mol?L^-1）变化如下表所示：（前6min没有改变条件）

	2min	4min	6min	8min	…
CO	0.07	0.06	0.06	0.05	…
H2	x	0.12	0.12	0.2	…
CH3OH	0.03	0.04	0.04	0.05	…

①x=

 

．
②250℃时该反应的平衡常数K值为：

 

（不必化简）．
③若6min～8min只改变了某一条件，所改变的条件是

 

．
④第8min时，该反应是不是达到平衡状态

 

．（填“是”或“不是”）
⑤该合成反应的温度一般控制在240～270℃，选择此温度的原因是：Ⅰ．此温度下的催化剂活性高；Ⅱ．

 

．
（3）电解甲醇水溶液制氢的优点是需要的电压低，而且制得的氢气比电解相同物质的量的水多．写出电解甲醇水溶液的反应式为：阳极：

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据盖斯定律将已知的热化学方程式变形运算求目标反应的热化学反应方程式；
（2）①根据表中2min和4min时各种物质的浓度的变化量，依据转化量之比等于方程式计量系数之比可求出x值；
②该反应的平衡常数表达式K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，将在250℃下，将4min时各物质平衡浓度带入计算；
③根据6min到8min时各物质浓度的变化来确定改变条件；
④求出第8min时反应的浓度商Qc，与250℃时K做比较，若Qc=K反应达到平衡状态；
⑤反应条件的选择既要考虑限度又要考虑速率，二者应兼顾；
（3）根据反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O推知CH₃OH（g）+H₂O

通电  .

CO₂（g）+3H₂（g），分析各物质中元素的化合价判断氧化反应和还原反应，阳极上发生的是氧化反应，结合电解方程式推断阳极产物，写出电极反应式．

解答： 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.1kJ/mol
④H₂O（l）=H₂O（g）△H₄=+44.0kJ/mol
由盖斯定律可知②=①-③-④，△H₂ =△H₁-△H₃-△H₄=-90.1kJ/mol-（-41.1kJ/mol）-（+44.0kJ/mol）=）-93.0 KJ/mol；
故答案为：-93.0 KJ/mol；
（2）①从图中可知从2min到4min时各物质的转化量为：△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=（0.07-0.06）：（X-0.12）：（0.04-0.03）
化学反应中各物质的转化量之比等于方程式的计量系数得：（0.07-0.06）：（X-0.12）：（0.04-0.03）=1：2：1，解得X=0.14，
故答案为：0.14；
②250℃下，甲醇的平衡浓度是0.06mol/L，氢气的平衡浓度是0.12mol/L，一氧化碳的平衡浓度是0.04mol/L所以平衡常数K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=

0.04

0.06×0.12×0.12

；
故答案为：

0.04

0.06×0.12×0.12

；
③对比6min和8min时各物质的浓度可知改变条件后反应反应向正方向进行，按照转化量之比等于计量系数之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三种物质的浓度应为：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氢气的浓度为0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氢气；
故答案为：增加了1 mol氢气；
④第8min时反应的浓度商Qc=

C(CH3OH)

C(CO)C(H2)2

=

0.05mol/L

0.05mol/L×0.2mol/L×0.2mol/L

=

1

0.04

≠K，所以此时不是平衡状态，故答案为：不是；
⑤从反应限度角度考虑：该反应而该反应为放热反应，温度过高，转化率降低；从速率角度考虑：温度低，反应速率慢，单位时间内的产量低，为提高经济效应，反应速率和限度应兼顾，所以选择温度一般控制在240～270℃；
故答案为：温度低，反应速率慢，单位时间内的产量低；而该反应为放热反应，温度过高，转化率降低；
（3）根据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₂=-93.0 KJ/mol是一个放热，熵减小的反应，推知在通电条件下，可以发生CH₃OH（l）+H₂O（l）

电解  .

CO₂（g）+3H₂（g）．该反应中碳元素化合价由甲醇中-2价升高到二氧化碳中的+4价被氧化发生氧化反应；甲醇中的氢元素和水中的氢元素化合价由+1价降到0价被还原发生还原反应，电解池阳极发生氧化反应，电极反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-=6H⁺+CO₂↑，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=6H⁺+CO₂↑．

点评：本题考查了盖斯定律求反应热，化学平衡移动的影响因素和化学平衡常数的计算和应用，电解池电极反应式的书写，题目综合性强，涉及知识是高考中常考的内容，难度较大．