Question

【題目】（14分）甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

回答下列問題：

（1）已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝_________。

（2）若將lmol CO2和2mol H2充入容積為2L的恒容密閉容器中，在兩種不同溫度下發(fā)生反應(yīng)②。測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。

①曲線I、Ⅱ對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KI_____KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；

②一定溫度下，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____。

a．容器中壓強(qiáng)不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H—H斷裂

③若5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，H2的轉(zhuǎn)化率為90%，則用CO2表示的平均反應(yīng)速率為_________，該溫度下的平衡常數(shù)為_______；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是________。

a．縮小反應(yīng)容器的容積 b．使用合適的催化劑

c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2

（3）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過程（裝置如圖所示）。其中物質(zhì)b是_____ ，陽極電極反應(yīng)為____ 。

Answer 1

【答案】

（1）413（2分）

（2）①＞（1分）

②ac（2分）

③0.06mol/(L·min)（2分） 450（2分） ad（2分）

（3）甲醇（CH3OH）（1分） 2Al－6e－＋3H2O＝Al2O3＋6H＋（2分）

【解析】

試題分析：

（1）已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H＝＋41 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律可知②－③即得到反應(yīng)①的△H1＝－99kJ/mol。根據(jù)表中鍵能可知1076＋2×436－3x－343－465＝－99，解得x＝413。

（2）①曲線Ⅱ首先達(dá)到平衡狀態(tài)，說明曲線Ⅱ的溫度高于曲線I。由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KI＞KⅡ；

②a．正反應(yīng)體積減小，則容器中壓強(qiáng)不變說明達(dá)到平衡狀態(tài)，a正確；b．根據(jù)方程式可知甲醇和水蒸氣的體積比始終是1∶1，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤；c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH）表示正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確；d．根據(jù)方程式可知2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)一定有6個(gè)H—H斷裂，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，d錯(cuò)誤，答案選ac。

③ CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g)

起始濃度（mol/L）0.5 1 0 0

變化濃度（mol/L）0.3 0.9 0.3 0.3

平衡濃度（mol/L）0.2 0.1 0.3 0.3

則用CO2表示的平均反應(yīng)速率為0.3mol/L÷5min＝0.06mol/(L·min)；該溫度下的平衡常數(shù)為0.3 ×0.3/0.2×0.13＝450。

a．正反應(yīng)體積減小，縮小反應(yīng)容器的容積平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，甲醇的產(chǎn)率升高，a正確；b．使用合適的催化劑平衡不移動，產(chǎn)率不變，b錯(cuò)誤；c．容器容積不變，充入He，各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動，對產(chǎn)率無影響，c錯(cuò)誤；d．按原比例再充入CO2和H2相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，甲醇的產(chǎn)率升高，d正確；答案選ad。

（3）模擬鋁制品表面“鈍化”處理，則電極鋁是陽極，與電源的正極相連，所以a物質(zhì)是氧氣，b物質(zhì)是甲醇。鋁為陽極，會發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為2Al－6e－＋3H2O＝Al2O3＋6H＋。