Question

18．已知工業上在500℃時，利用CO和CO₂生產甲醇的熱化學方程式分別是：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol
（1）反應H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.1 kJ/mol．
（2）若500℃時反應H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）的平衡常數K=1.0．該條件下，在1L密閉容器中，當加入等物質的量的H₂和 CO₂進行反應時，c（CO）與反應時間t的變化曲線X如圖1所示．

①當反應進行到t₁時刻，容器內c（CO₂）=4mol/L．
②當容器內c（CO₂）=5mol•L^-1時，該反應v_正＞v_逆（填“＞、＜或=”）．
③當反應進行到t₂時刻，若使反應按曲線Y進行，調控反應條件的方法是升高溫度．
（3）微生物可使甲醇在酸性環境下與空氣中氧氣發生原電池反應，反應原理如圖2所示．
①反應中陽離子的運動方向是A到B．
②B極的反應式是O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
③A極可能產生的物質是cd．
a．H₂   b．CH₄c．HCOOH d．CO₂．

Answer 1

分析 （1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol  ①
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol   ②，利用②-①即可得出；
（2）①依據平衡常數K=1.0，利用三段法計算即可；
②依據①的計算判斷此時濃度下，平衡移動方向；
③由X變到Y即增加CO的濃度，依據反應特點判斷即可；
（3）①甲醇原電池中甲醇在負極放電，據此判斷陽離子的移動方向；
②正極氧氣放電，在酸性環境中生成水，據此書寫即可；
③A電極為負極，失去電子，發生氧化反應，化合價升高，據此判斷即可．

解答 解：（1）（1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol ①，3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol ②，②-①得：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=-49.0kJ/mol-（-90.1kJ/mol）=+41.1 kJ/mol，故答案為：+41.1 kJ/mol；
（2）①由圖可知：t₁時刻，根據圖可靠在，平衡時容器內c（CO）=3mol/L，即轉化生成的CO為3mol，那么有
          H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）
始（mol/L）x       x         0       0
轉         3       3         3       3
平         x-3     x-3       3       3
K=$\frac{3×3}{（x-3）•（x-3）}$=1，解x=6，6mol/L-2mol/L=4mol/L，故答案為：4mol/L；
②由（1）計算可知t₁時刻，容器內c（CO₂）=2mol/L，此時仍未達到平衡，即v_正＞v_逆，故當容器內c（CO₂）=5mol•L^-1時，該反應v_正＞v_逆，故答案為：＞；
③由（1）計算得知，反應H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.1kJ/mol，即為吸熱反應，要使得反應按曲線Y進行，即升高溫度即可，故答案為：升高溫度；
（3）①甲醇原電池中甲醇在負極放電，即A為原電池的負極，溶液中陽離子由A移到B，故答案為：A至B；
②氧氣在正極放電，結合酸性溶液中的氫離子生成水，電極反應方程式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
 ③甲醇中C元素的化合價為-2價，失去電子發生氧化反應，化合價升高，可以生成HCOOH（C的化合價為+2價），可以生成CO₂（C的化合價為+4價），故選cd．

點評 本題主要考查的是蓋斯定律的應用、化學平衡的有關計算以及化學平衡常數的計算、原電池原理等，綜合性較強，有一定的難度，為常考題．