Question

甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有著廣泛的應用。

（1）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：

反應Ⅰ：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）

反應Ⅱ：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

①在以上制備甲醇的兩個反應中：反應Ⅰ優于反應Ⅱ，原因為_________________。

②對于反應Ⅰ，下圖甲表示能量的變化；圖乙表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時聞巒化。

在“圖甲”中，曲線__________（填：“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應屬于________（填：“吸熱”、“放熱”）反應。在圖乙中從反應開始到建立平衡，用H₂濃度變化表示的反應速率為_____________；該溫度下CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）的化學平衡常數為__________.

③對于反應Ⅱ，在一定溫度時，將lmol CO₂年和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為a，則容器內的平衡壓強與起始壓強之比為__________；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是____________。

a．升高溫度

b．增加CO₂的量

c．充入He，使體系總壓強增大

d．按原比例再充入CO₂和H₂

（2）甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種  污染，其原理是：通電后，將Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化。實驗室用下圖裝置模擬上述過程。

①陽極電極反應式為____________。

②除去甲醇的離子方程式為________________。

 

Answer 1

【答案】

（14分）（1）①反應I符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100%（1分）

②b（1分）  放熱（1分）  0.15mol/(L·min)（2分）  12（1分）③1－（2分）  bd（2分）

（2）①C_O^2＋－e^－＝C_O^3＋（2分）

②6 C_O^3＋＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6 C_O^2＋＋6H^＋（2分）

【解析】

試題分析：（1）①根據反應I和反應Ⅱ的生成物可知，反應I中生成物只有一種，而反應Ⅱ中還有水生成，即反應I符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100%，所以反應Ⅰ優于反應Ⅱ。

②根據圖像甲可知，曲線b的活化能低于曲線a的活化能，所以曲線b表示使用了催化劑；同樣根據圖像甲可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，所以反應是放熱反應；根據圖像乙可知，反應進行到10min是反應達到平衡狀態，此時生成的甲醇濃度是0.75mol/L，則根據反應I可知，消耗氫氣的濃度是1.5mol/L，所以氫氣表示的反應速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min)；平衡時氫氣的濃度是2mol/L－1.5mol/L＝0.5mol/L，所以根據CO和甲醇的平衡濃度可知，該溫度下反應的平衡常數K＝＝12。

③                  CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

起始量（mol/L）      1          3             0          0

轉化量（mol/L）      a          3a             a         a

平衡量（mol/L）    1－a      3－3a             a         a

則根據壓強之比是相應的物質的量之比可知

容器內的平衡壓強與起始壓強之比為＝1－

a．因正反應放熱，升高溫度可使平衡向逆反應方向移動，不能增加甲醇產率，故a不正確；

b．增加CO₂的量，平衡向正反應方向移動，所以可以增加甲醇產率，故b正確；

c．充入He，使體系總壓強增大，對于參加反應的物質來說，濃度不變，平衡不移動，甲醇產率不變，故c錯誤；

d．按原比例再充入CO₂和H₂壓強增大，平衡向正反應方向移動，可以增加甲醇產率，故d正確。

答案選bd。

（2）①原電池中陽極失去電子，所以根據裝置圖可知，C_O^2＋在陽極失去電子，陽極電極反應式為C_O^2＋－e^－＝C_O^3＋。

②Co^3＋做氧化劑，能把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，反應的離子方程式是6 C_O^3＋＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6 C_O^2＋＋6H^＋。

考點：考查綠色化學、反應熱的判斷、反應速率和平衡常數的計算、外界條件對平衡狀態的影響、電解池的有關應用和電極反應式的書寫