Question

10．甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景．工業(yè)上用如下方法好處甲醇：

①方法一：該反應(yīng)的△S＜0（填“＞”或“＜”）．圖中曲線a到曲線b的措施是使用合適的催化劑，恒溫恒容時(shí)，下列說(shuō)法能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)的是AC．
A．體系的平均摩爾質(zhì)量不再改變                B．V（CO）=V（CH₃OH）
C．H₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了最大限度                  D．△H不再改變
②方法二：將CO₂和H₂按物質(zhì)的量之比1：3充入體積為2.0L的恒容密閉容器中反應(yīng)，如圖兩條曲線分別表示壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO₂轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系，其中a點(diǎn)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
a，b兩點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)速率別用Va、Vb表示，則Va大于Vb（填“大于”、“小于”或“等于”）．
已知原子利用率=期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比，則方法二的原子利用率與方法一的原子利用率之比為16：25．
③甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是通電后將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．寫(xiě)出除去甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 ①方法一中正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，為熵減的反應(yīng)；
圖中曲線a到曲線b改變反應(yīng)途徑，降低活化能，應(yīng)是使用合適的催化劑；
可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
②化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出；
a、b兩點(diǎn)溫度相同，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故壓強(qiáng)曲線A＞曲線B，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快；
已知原子利用率=期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比，據(jù)此計(jì)算原子原子利用率進(jìn)行解答；
③以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書(shū)寫(xiě)方程式．

解答 解：①方法一中正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，為熵減的反應(yīng)，即△S＜0；
圖中曲線a到曲線b改變反應(yīng)途徑，降低活化能，應(yīng)是使用合適的催化劑；
可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
A．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行總物質(zhì)的量減小，體系的平均摩爾質(zhì)量增大，當(dāng)體系的平均摩爾質(zhì)量不再改變，說(shuō)明到達(dá)平衡，故A正確；
B．未指明正逆速率，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，若分別表示正、逆速率，則到達(dá)平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．H₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了最大限度，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故C正確；
D．一定溫度、壓強(qiáng)下，焓變△H與是否到達(dá)平衡無(wú)關(guān)，與物質(zhì)的聚集狀態(tài)及化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，故D錯(cuò)誤，
故答案為：＜；使用合適的催化劑；AC；
②a點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
a、b兩點(diǎn)溫度相同，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故壓強(qiáng)曲線A＞曲線B，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，故反應(yīng)速率V_a大于V_b；
已知原子利用率=期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比，方法一中原子全部轉(zhuǎn)化為生成物，原子利用率為100%，方法二原子利用率為=$\frac{32g}{44g+6g}$×100%=64%，則方法二與方法一的原子利用率之比為64%：100%=16：25，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；大于；16：25；
③以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，反應(yīng)離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)、離子方程式的書(shū)寫(xiě)等，題目綜合性強(qiáng)，難度中等，側(cè)重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)．