Question

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

時間濃度（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℃反應開始10min內，H2的平均反應速率為v（H2）= ．
（3）在500℃達到平衡時，平衡常數K= ．
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H2 ， 一定條件下達到平衡，測得容器中壓強為起始壓強的一半．計算該條件下H2的轉化率為 ．
（5）銅基催化劑具有活性高、選擇性好和條件溫和的特點，已廣泛地使用于CO/CO2的加氫合成甲醇．使用銅基催化劑后，該反應中a的大小變化對反應熱△H有無影響， ． （填“有影響”或“無影響”）
（6）2009年，長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術上獲得新突破，原理如圖b所示．請寫出從C口通入O2發生的電極反應式 ．
（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）反應生成1molCH3OH（g）放出熱量為（b﹣a）kJ，應的熱化學方程式為：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℃反應開始10min內，生成的甲醇為0.4mol，則v（CH3OH）= =0.04mol/（Lmin），H2的平均反應速率為v（H2）=2V（CH3OH）=0.08mol/（Lmin）；
所以答案是：0.08mol/（Lmin）；（3）500℃達到平衡時，40min處于平衡狀態，平衡時甲醇的濃度為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K= = =25，
所以答案是：25；（4）恒溫恒容條件下，壓強之比等于物質的量之比，平衡時混合氣體總物質的量為（1.2mol+2.0mol）× =1.6mol，即混合氣體減小的物質的量為1.6mol，
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）物質的量減小
2 2
1.6mol 1.6mol
故該條件下H2的轉化率為= ×100%=80%；
所以答案是：80%；（5）反應中的a是反應的活化能，影響因素是催化劑，反應熱只與始態與終態有關，與反應過程無關，所以對反應熱的影響無關；所以答案是：無影響；（6）氧氣發生還原反應，與通過質子交換膜的氫離子結合生成水，電極反應式為：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，為陽極，C2連接電源負極，為陰極，電解過程中，陽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，同時產生氫氧根離子，所以在陰極C2先變紅，所以答案是：C2 ．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡狀態本質及特征的相關知識，掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應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平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效），以及對化學平衡的計算的理解，了解反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．