Question

以CO₂為碳源制取低碳有機物成為國際研究焦點，下面為CO₂加氫制取低碳醇的熱力學數據：
反應Ⅰ： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)          ?H = —49．0  kJ·mol^-1
反應Ⅱ：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)     ?H = —173．6 kJ·mol^-1
（1）寫出由CH₃OH(g)合成CH₃CH₂OH(g)的熱化學反應方程式：                     
（2）對反應Ⅰ，在一定溫度下反應達到平衡的標志是     （選填編號)
a．反應物不再轉化為生成物 b．平衡常數K不再增大
c．CO₂的轉化率不再增大 d．混合氣體的平均相對分子質量不再改變　
（3）在密閉容器中，反應Ⅰ在一定條件達到平衡后，其它條件恒定，能提高CO₂轉化率的措施是    （選填編號）

A．降低溫度

B．補充CO2

C．加入催化劑

D．移去甲醇

（4）研究員以生產乙醇為研究對象，在密閉容器中，按H₂與CO₂的物質的量之比為3:1進行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質的體積分數（y%）如下圖所示。表示CH₃CH₂OH組分的曲線是     ；圖中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點a對應的體積分數y_a=     %（計算結果保留三位有效數字）

(5)一種以甲醇作燃料的電池示意圖如圖。寫出該電池放電時負極的電極反應式：                     。

Answer 1

（1）2CH₃OH(g)  CH₃CH₂OH(g) +H₂O(g) ?H = —75．6  kJ·mol^-1（3分）
（2）cd（2分）  
(3)AD（2分）  
(4) Ⅳ（2分）  18．8（3分）
(5)CH₃OH－6e^－＋3O^2－＝CO₂↑＋2H₂O(3分)

試題分析：（1）根據蓋斯定律，將反應Ⅰ×2，然后用反應Ⅱ減去反應Ⅰ×2即得所求方程式。所以由CH₃OH(g)合成CH₃CH₂OH(g)的熱化學反應方程式2CH₃OH(g)  CH₃CH₂OH(g) +H₂O(g) ?H = —75．6  kJ·mol^-1
（2）a、化學平衡是動態平衡，反應一直進行，錯誤；b、溫度不變，化學平衡常數不變，所以一定溫度下的平衡常數一直不變，錯誤；c、反應開始時二氧化碳的轉化率一直升高，達平衡時轉化率不再升高，正確；d、該反應是反應前后氣體的物質的量改變的可逆反應，氣體總質量不變，所以混合氣體的平均相對分子質量一直在變化，達平衡時不再變化，正確，答案選cd。
（3）提高CO₂轉化率也就是使平衡正向移動，A、降溫，平衡向放熱反應方向移動，正反應為放熱反應，所以平衡正向移動，正確；B、補充二氧化碳只能提高氫氣的轉化率，本身的轉化率降低，錯誤；C、加入催化劑對平衡無影響，錯誤；D、移走甲醇，使生成物濃度減小，平衡正向移動，正確，答案選AD。
（4）升高溫度，平衡逆向移動，二氧化碳與氫氣的含量增大，乙醇與水的含量減小，反應開始時按H₂與CO₂的物質的量之比為3:1進行投料，所以生成的乙醇與水的物質的量比仍為1:3，即水的含量是乙醇含量的3倍，所以表示CH₃CH₂OH組分的曲線是Ⅳ；曲線曲線Ⅱ和Ⅲ分別代表二氧化碳、水，當二者的體積分數相同時，體積也相同，設它們的體積都是V，根據投料比，氫氣的體積是二氧化碳的3倍為3V，乙醇的體積是水的1/3，即1/3V，所以總體積是V+V+3V+1/3V=16V/3，則a點對應的體積分數y_a=V/16V/3×100%=18．75%；保留3位有效數字是18．8%。
（5）甲醇燃料電池中在負極發生氧化反應的是甲醇，結合正極產生的氧負離子生成二氧化碳和水，電極反應式CH₃OH－6e^－＋3O^2－＝CO₂↑＋2H₂O