Question

以甲醇為替代燃料是解決我國石油資源短缺的重要措施。

（1）CO、CO₂可用于甲醇的合成，其相關反應的熱化學方程式如下：

CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)                △H=" -102.5" kJ·mol^－1 

CO(g)+H₂O(g) = CO₂(g)+H₂(g)            △H ="-42.9" kJ·mol^－1  

則反應CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H =   kJ·mol^－1    

反應CO(g)+H₂O(g) = CO₂(g)+H₂(g)的平衡常數K的表達式為   。

（2）用CO₂合成甲醇時可選用亞鉻酸鋅（ZnCr₂O₄）或CuCl為催化劑。

①工業制備亞鉻酸鋅是用CO還原ZnCrO₄·H₂O，同時生成ZnO。該反應的化學方程式是   。以亞鉻酸鋅為催化劑時，工業上的適宜溫度是：350℃~420℃，可能的原因是   。

② CuCl是不溶于水的白色固體，制備時向CuCl₂溶液中加入過量銅粉，發生反應CuCl₂+Cu=2CuC1。在實驗過程中應先加入濃鹽酸，發生反應CuCl + HClH[CuCl₂]。反應結束后將溶液倒入蒸餾水中有CuCl生成。實驗過程中加入濃鹽酸的目的是   。當c(Cl^-)=2×10^-3 mol·L^—1時, c(Cu^+-)=    mol·L^—1。已知：Ksp(CuCl)=1.7×10^-7。

（3）直接甲醇燃料電池結構如圖所示，則負極反應是   。

 

Answer 1

【答案】

（14分）每空2分

（1）- 59.6     

（2）①2ZnCrO₄·H₂O+3CO="ZnO+" ZnCr₂O₄+3CO₂+2H₂O 

此時催化劑亞鉻酸鋅的活性最大(或溫度升高，反應速率增大)

②促使平衡正向移動，防止CuCl固體覆蓋在Cu表面，影響反應的進行  8.5×10^-5

（3）CH₃OH+H₂O-6e^－=CO₂+6H⁺

【解析】

試題分析：（1）通過熱化學方程式的疊加，CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g) △H= - 59.6。

化學平衡常數等于生成物濃度的冪之積除以反應物難度的冪之積，。

（2）①根據題中的反應物、生成物，反應的方程式為2ZnCrO₄·H₂O+3CO="ZnO+" ZnCr₂O₄+3CO₂+2H₂O。

溫度對化學反應的速率影響較大且催化劑需要適當的溫度活性才大，故工業上的適宜溫度是：350℃~420℃，可能的原因是此時催化劑亞鉻酸鋅的活性最大(或溫度升高，反應速率增大)。

②應為加入濃鹽酸會發生CuCl + HClH[CuCl₂]，故實驗過程中加入濃鹽酸的目的是，促使平衡正向移動，防止CuCl固體覆蓋在Cu表面，影響反應的進行。

Ksp(CuCl)= c(Cl^-) ×c(Cu^+-)=1.7×10^-7，c(Cl^-)=2×10^-3 mol·L^—1，故c(Cu^+-)8.5×10^-5 mol·L^—1。

（3）甲醇燃料電池中，甲醇是負極，失去電子，化合價所給，電極式為CH₃OH+H₂O-6e^－=CO₂+6H⁺。

考點：反應熱的計算 平衡常數的計算 化學方程式的書寫 燃料電池 溶度積 電極式的書寫

點評：本題考查反應熱的計算、平衡常數的計算、化學方程式的書寫、燃料電池、溶度積、電極式的書寫等知識，題目難度較大，注意題中信息的利用。