Question

【題目】甲醇是一種優質燃料，在工業上常用CO和H2合成甲醇，反應方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。已知：①CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H1=-283.0kJ/mol

②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H2=-241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-192.2kJ/mol

回答下列問題：

(1)計算CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反應熱△H4=________________。

(2)若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1mol CO、2mol H2，發生CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反應，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻為平衡狀態的是________(填選項字母)。

(3)T1℃時，在一個體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H2，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.8，則5min內用H2表示的反應速率為v(H2)=__________。T1℃時，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K=______________。

(4)為了提高燃料的利用率可以將甲醇設計為燃料電池，寫出KOH作電解質溶液時，甲醇燃料電池的負極反應式：_____________________。

(5)含有甲醇的廢水隨意排放會造成水污染，可用ClO2將其氧化為CO2，然后再加堿中和即可。寫出處理甲醇酸性廢水過程中，ClO2與甲醇反應的離子方程式：_________。

Answer 1

【答案】-574.4 kJ/mol d 0.064mol/(L·min) 625 CH3OH+8OH–-6e–=CO32-+6H2O 5CH3OH+6ClO2=6Cl-+5CO2+6H++7H2O

【解析】

(1)結合熱化學方程式和蓋斯定律計算，計算①+②×2-③得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的熱化學方程式；

(2)a.圖1表示t1時刻如果達平衡，正反應速率不變；

b.平衡常數不變，說明體系的溫度不變，而在絕熱的體系中；

c.一氧化碳與甲醇的物質的量相等；

d.一氧化碳的質量分數不變，說明各物質的質量不變，反應達平衡狀態；

(3)根據反應速率為v(H2)=，氣體物質的量之比等于氣體體積之比，平衡常數隨溫度變化，K=；

(4)燃料原電池中，燃料失電子發生氧化反應為負極，通入氧氣得到電子發生還原反應為正極，電解池中陰極被保護；

(5)根據信息：二氧化氯和甲醇反應，生成Cl-、CO2和水，配平方程式即可。

(1)①CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H1=-283.0kJ/mol

②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H2=-241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-192.2kJ/mol

蓋斯定律計算①+②×2-③，整理可得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H4=-574.4kJ/mol；

(2)a.圖1表示t1時刻如果達平衡，正反應速率不變，而不是隨時間間改變而減小，a錯誤；

b.充入1molCO、2molH2，生成生成物甲醇，放出熱量，反應體系的溫度升高，K減小，而不是增大，b錯誤；

c.一氧化碳與甲醇的物質的量相等，而不是平衡狀態，c錯誤；

d.隨著反應的進行，一氧化碳的質量減小，一氧化碳的質量分數不變，說明各物質的質量不變，反應達平衡狀態，d正確；

故合理選項是d；

(3)T1℃時，在一個體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H2，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.8，則反應的CO的物質的量為0.8mol，根據方程式中物質轉化關系可知，反應消耗1.6molH2，同時生成CH3OH的物質的量為0.8mol，則平衡時CO的物質的量為0.2mol，H2為0.4mol，CH3OH為0.8mol，由于容器的容積為5L，則平衡時，各種物質的濃度c(CO)= 0.04mol/L，c(H2)=0.08mol/L，c(CH3OH)=0.16mol/L。則5min內用H2表示的反應速率為v(H2)==0.064mol/(L·min)；

T1℃時，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K==625；

(4)在甲醇燃料原電池中，甲醇失電子發生氧化反應，所以通入燃料甲醇的電極為負極，電極反應式為：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；

(5)根據信息：二氧化氯和甲醇反應，生成Cl-、CO2和水，所以反應方程式為：6ClO2+5CH3OH=6Cl-+5CO2+6H++7H2O。