题目内容

14.甲醇是一种基础的有机化工原料和优质燃料.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下可以合成甲醇,主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-100kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ•mol-1
③CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H3
回答下列问题:
(1)△H3=+42kJ•mol-1.
(2)反应①、②、③对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系是K1=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{3}}$;随着温度的升高,K3增大(填“减小”、“增大”或“不变”).
(3)合成气组成$\frac{n({H}_{2})}{n(CO+C{O}_{2})}$=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图1所示.图中压强由小到大的顺序为p1<p2<p3.

(4)图2是某研究机构开发的给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,其负极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+.

分析 (1)由①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-100kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ•mol-1
结合盖斯定律可知,②-①得到CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g);
(2)③=②-①,则K为指数关系,升高温度平衡向吸热的方向移动;
(3)由图可知$\frac{n({H}_{2})}{n(CO+C{O}_{2})}$=2.60时、相同温度下,增大压强,有利于平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大;
(4)甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,则负极上甲醇失去电子生成二氧化碳.

解答 解:(1)由①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-100kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-58kJ•mol-1
结合盖斯定律可知,②-①得到CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),则△H3=(-58kJ•mol-1)-(-100kJ•mol-1)=+42kJ•mol-1,
故答案为:+42;
(2)③=②-①,可知①=②-③,则K1=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{3}}$,③为吸热反应,随着温度的升高,平衡正向移动,K3增大,
故答案为:$\frac{{K}_{2}}{{K}_{3}}$;增大;
(3)相同温度下,反应③前后气体分子数不变,压强改变不影响其平衡移动,反应①②的正反应均为气体分子数减小的反应,增大压强,有利于平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,故增大压强有利于CO的转化率升高,结合图可知,最上方压强对应转化率最大,则压强为p1<p2<p3,
故答案为:p1<p2<p3;
(4)甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,则负极上甲醇失去电子生成二氧化碳,负极反应为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+,
故答案为:CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+.

点评 本题考查反应热与焓变、平衡常数、平衡移动及原电池,为高频考点,把握盖斯定律应用、反应的关系、平衡移动原理及电极反应书写为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,综合性较强,题目难度不大.

练习册系列答案
相关题目
3.化石燃料的燃烧会产生大量污染大气的二氧化硫和温室气体二氧化碳.而氢气和氨气都被认为是无碳无污染的清洁能源.
(1)某些合金可用于储存于氢,金属储氢的原理克表示为M+xH2═MH2x(M表示某种合金).如图1表示温度分别为T1、T2且T1<T2时最大吸氢量与氢气压强的关系.则该反应的△H<0(填“>”或“<”)

(2)氨在氧气中燃烧,生成水和一种空气组成成分的单质.已知:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92KJ•mol-1及H2的燃烧热为286kJ•mol-1;试写出氨在氧气中燃烧生成液态水的热化学方程式:4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H=-1532kJ•mol-1.
(3)在一定条件下,将1molN2和3molH2混合与一个10L的容积不变的密闭容器中发生反应,5分钟后达到平衡,平衡时氨的体积分数为25%.
①反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c{\;}^{2}(NH{\;}_{3})}{c(N{\;}_{2})•c{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$;
②反应开始到平衡时H2的消耗速率v(H2)=0.024mol/(L﹒min);
③能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是a;
a 容器中压强不变      b.混合气体的密度不变
c.3v(H2)=2v(NH3)   d.c(N2):c(H2):c(NH3)=1:3:2
④对于上述平衡状态,改变下列条件能使反应速率增大,且平衡向正向移动的是d;
a 选用更高效的催化剂     b 升高温度c 及时分离出氨气         d 增加H2的浓度
⑤如今采用SCY陶瓷固体电解质的电化学合成氨装置(如图2),该装置用可以传导质子的固态物质作为介质.电池总反应为N2(g)+3H2(g)?2NH3(g),那么该电解池阴极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3,当阳极失去0.6mol电子时,阴极产生的气体在标准状态下的体积为4.48L.

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