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.
| A. | 若达到平衡时,测得体系放出9.24kJ热量,则H2反应速率变化曲线如图甲所示 | |
| B. | 反应过程中,混合气体平均相对分子质量为M,混合气体密度为d,混合气体压强为p,三者关系如图乙 | |
| C. | 如图丙所示,容器I和II达到平衡时,NH3的体积分数为φ,则容器I放出热量与容器II吸收热量之和为92.4kJ | |
| D. | 若起始加入物料为1 mol N2,3 mol H2,在不同条件下达到平衡时,NH3的体积分数变化如图丁所示 |
| A. | 反应A+B→C(△H<0)分两步进行:①A+B→X(△H>0),②X→C(△H<0),图表示总反应过程中能量变化 | |
| B. | 图表示反应的化学方程式为3A+B═2C | |
| C. | 图表示弱电解质在水中建立电离平衡的过程 | |
| D. | 图表示反应M(g)+N(g)?R(g)+2L(?)是放热反应且L是气体 |
| A. | 加水时,平衡向逆反应方向移动 | |
| B. | 通入少量HCl,平衡向正反应方向移动 | |
| C. | 加入少量0.1mol/LNaOH,溶液中c(OH-)减小 | |
| D. | 加入少量NH4Cl固体,平衡向逆反应方向移动 |
| A. | 浓硫酸和浓硝酸加水稀释后都能与金属铜反应 | |
| B. | 浓硫酸和浓硝酸都不能用来直接跟锌粒反应制氢气 | |
| C. | 浓硫酸和浓硝酸在常温下都能用金属铝制容器盛放 | |
| D. | 浓硫酸和浓硝酸都能与单质碳反应 |