Question

【題目】甲醇合成反應(yīng)及其能量變化如圖a所示：
（1）寫出合成甲醇的熱化學(xué)方程式 ．
（2）實(shí)驗(yàn)室在1L的密閉容器中進(jìn)行模擬合成實(shí)驗(yàn)．將1mol CO和2molH2通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應(yīng)，每隔一段時(shí)間測(cè)得容器內(nèi)CH3OH的濃度如下表所示：

時(shí)間濃度（mol/L）溫度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，H2的平均反應(yīng)速率為v（H2）= ．
（3）在500℃達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)K= ．
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H2 ， 一定條件下達(dá)到平衡，測(cè)得容器中壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的一半．計(jì)算該條件下H2的轉(zhuǎn)化率為 ．
（5）銅基催化劑具有活性高、選擇性好和條件溫和的特點(diǎn)，已廣泛地使用于CO/CO2的加氫合成甲醇．使用銅基催化劑后，該反應(yīng)中a的大小變化對(duì)反應(yīng)熱△H有無(wú)影響， ． （填“有影響”或“無(wú)影響”）
（6）2009年，長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)上獲得新突破，原理如圖b所示．請(qǐng)寫出從C口通入O2發(fā)生的電極反應(yīng)式 ．
（7）用上述電池做電源，用圖c裝置電解飽和食鹽水（C1、C2均為石墨電極）．①該反應(yīng)的離子方程式 ．
②電解開始后在電極的周圍（填“C1”或“C2”）先出現(xiàn)紅色．

Answer 1

【答案】
（1）CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣（b﹣a）KJ/mol
（2）0.08mol/（L?min）
（3）25
（4）80%
（5）無(wú)影響
（6）O2+4e﹣+4H+=2H2O
（7）2Cl﹣+2H2O 2OH﹣+H2↑+Cl2↑；C2
【解析】解：（1）由圖可知，1molC（s）與2molH2（g）反應(yīng)生成1molCH3OH（g）放出熱量為（b﹣a）kJ，應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣（b﹣a）KJ/mol；所以答案是：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣（b﹣a）KJ/mol；（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，生成的甲醇為0.4mol，則v（CH3OH）= =0.04mol/（Lmin），H2的平均反應(yīng)速率為v（H2）=2V（CH3OH）=0.08mol/（Lmin）；
所以答案是：0.08mol/（Lmin）；（3）500℃達(dá)到平衡時(shí)，40min處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)甲醇的濃度為0.8mol/L，則：
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）
起始量（mol/L）：1 2 0
變化量（mol/L）：0.8 1.6 0.8
平衡量（mol/L）：0.2 0.4 0.8
平衡常數(shù)K= = =25，
所以答案是：25；（4）恒溫恒容條件下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（1.2mol+2.0mol）× =1.6mol，即混合氣體減小的物質(zhì)的量為1.6mol，
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）物質(zhì)的量減小
2 2
1.6mol 1.6mol
故該條件下H2的轉(zhuǎn)化率為= ×100%=80%；
所以答案是：80%；（5）反應(yīng)中的a是反應(yīng)的活化能，影響因素是催化劑，反應(yīng)熱只與始態(tài)與終態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)過(guò)程無(wú)關(guān)，所以對(duì)反應(yīng)熱的影響無(wú)關(guān)；所以答案是：無(wú)影響；（6）氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，與通過(guò)質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合生成水，電極反應(yīng)式為：O2+4e﹣+4H+=2H2O，所以答案是：O2+4e﹣+4H+=2H2O；（7）①電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，反應(yīng)離子方程式為：2Cl﹣+2H2O 2OH﹣+H2↑+Cl2↑，所以答案是：2Cl﹣+2H2O 2OH﹣+H2↑+Cl2↑；②C1連接電源正極，為陽(yáng)極，C2連接電源負(fù)極，為陰極，電解過(guò)程中，陽(yáng)極氯離子失去生成氯氣，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時(shí)產(chǎn)生氫氧根離子，所以在陰極C2先變紅，所以答案是：C2 ．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關(guān)知識(shí)，掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無(wú)關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無(wú)論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效），以及對(duì)化學(xué)平衡的計(jì)算的理解，了解反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化濃度÷起始濃度×100%=轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實(shí)際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%．