Question

【題目】I.(1)電化學降解NO3-的原理如圖1所示，電源正極為_____ (填“a”或“b”)； 陰極電極反應式為____.

Ⅱ.工業上利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2) 在催化劑的作用下合成甲醇。已知298K 和101KPa 條件下:

2H2(g)+O2(g)= 2H2O(1) ΔH1= -571.6kJ/mol

CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) ΔH2= -283.0kJ/mol

CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -726.5kJ/mol

(2)則CO(g)+2H2 (g) CH3OH(1) ΔH=____kJ/mol

(3)已知:CH3OH(1) =CH3OH(g) ΔH=+35.2kJ/mol；

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)平衡常數K 隨溫度變化關系的曲線為圖2 中的______(填曲線標記字母Ⅰ或II)。

(4)維持反應溫度為510K，以n(H2)/n(CO)=2:1充入一定量的原料氣于1 L容器中，在上述條件下充分反應，t1時刻達到平衡測得容器中c(CH3OH)=2mol/L.則平衡時CO 轉化率=______；若維持反應溫度為520K，其它條件不變，請在圖3中畫出c(CO)在0~t1時刻變化曲線。__________________

(5)20世紀90年代，化學家研制出新型催化劑: 堿金屬的醇鹽及溶劑用于合成甲醇。圖4是在該新型催化劑作用下，研究溫度、壓強對合成甲醇的影響。由圖可知適宜的反應溫度、壓強分別為_____ (填字母)。

溫度A.90-150℃ B.200-260℃ C.300-360℃ D.400-460℃

壓強E.0.1~1MPa F.3~5 MPa G.8~10MPa H.15~20MPa

Answer 1

【答案】 a 2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O ΔH=-128.1kJ/mol I 97.56% (或97.6%或98%) A、F

【解析】I.(1)硝酸根離子得電子生成氮氣，則b相連的電極為陰極，所以b為負極，a為正極，陰極上的反應為：2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑；故答案為：a；2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑；

Ⅱ. (2) ①2H2(g)+O2(g)= 2H2O(1) ΔH1= -571.6kJ/mol，②CO(g)+ O2(g)= CO2(g) ΔH2= -283.0kJ/mol，③CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -726.5kJ/mol，根據蓋斯定律，將①+②-③得：CO(g)+2H2 (g) CH3OH(1) ΔH=(-571.6kJ/mol)+(-283.0kJ/mol)- (-726.5kJ/mol)=-128.1kJ/mol，故答案為：-128.1；

(3) ①CO(g)+2H2 (g) CH3OH(1) ΔH=-128.1kJ/mol，②CH3OH(1) =CH3OH(g) ΔH=+35.2kJ/mol；根據蓋斯定律，①+②得，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-92.9 kJ/mol，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數K減小，因此平衡常數K 隨溫度變化關系的曲線為圖2 中的I，故答案為：I；

(4)設開始時充入的氫氣和一氧化碳的物質的量分別為2x，x，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

開始(mol/L) x 2x 0

反應(mol/L) 2 4 2

平衡(mol/L) x-2 2x-4 2

510K時K=4×103，則=4×103，解得x=2.05mol，CO 轉化率=×100%=97.56%；若維持反應溫度為520K，溫度升高，平衡逆向移動，平衡是CO的濃度增大，建立平衡需要的時間減少，圖像為，故答案為：97.56%；；

(5)根據反應方程式CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-92.9 kJ/mol，溫度越高，CO的轉化率越低，壓強越大，CO的轉化率越大；根據圖像，溫度在90-150℃左右，壓強在3~5 MPa時，CO的轉化率已經較高，再增大壓強，對設備的要求增大，成本升高，故選AF。