Question

【題目】Ⅰ.科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池。己知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1 和-726.5 kJ·mol-1。請回答下列問題：

（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是______________kJ。

（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為______________________________。

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，保持其他條件不變，探究溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如下圖所示(T1、T2均大于300℃)。下列說法正確的是________________（填序號）

①溫度為T1時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為v(CH3OH) =mol·L-1·min-1

②該反應(yīng)在T1時的平衡常數(shù)比T2時的小

③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

④處于A點的反應(yīng)體系從T1變到T2，達到平衡時增大

（4）在T1溫度時，將1mol CO2和3mol H2充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為______________。

Ⅱ.將廢水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒物質(zhì)、難溶物質(zhì)及易除去的物質(zhì)，是廢水處理中的重要方法。

（5）含氰廢水中的氰化物常以[Fe(CN)6]3-和CN-的形式存在，工業(yè)上有多種廢水處理方法。其中電解處理法如圖：用如圖所示裝置處理含CN-廢水時，控制溶液pH為9~10并加入一定量的NaCl，一定條件下電解，陽極產(chǎn)生ClO-的將CN-氧化為無害物質(zhì)而除去。鐵電極為_____________（填“陰極”或“陽極”），陽極產(chǎn)生的ClO-的電極反應(yīng)為_______________________，陽極產(chǎn)生的ClO-的將CN-氧化為無害物質(zhì)而除去的離子方程式為___________________________。

Answer 1

【答案】 2858 CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O (g) △H=-443.5kJmol-1 ③④ 1-0.5a 陰極 Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O 2CN-+5C1O-+2OH-=N2↑+5Cl-+2CO32-+H2O

【解析】Ⅰ.試題分析：科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池。己知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1 和-726.5 kJ·mol-1。則H2燃燒的熱化學(xué)方程式為H2(g) + O2(g)= H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1；CO(g)燃燒的熱化學(xué)方程式為CO(g)+ O2(g)= CO2 (g) ΔH=-283.0kJ·mol-1；CH3OH(l) +O2(g)=2 H2O(l)+ CO2 (g) ΔH=-726.5kJ·mol-1.

（1）由氫氣的燃燒熱可知，H2O(l) =H2(g)+ O2(g) ΔH=+285.8kJ·mol-1，所以用太陽能分解10mol水消耗的能量是2858kJ。

（2）由CO(g)+ O2(g)= CO2 (g) ΔH=-283.0kJ·mol-1、CH3OH(l) +O2(g)=2H2O(l)+ CO2 (g) ΔH=-726.5kJ·mol-1并根據(jù)蓋斯定律可知，甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O (g) △H=-443.5kJmol-1。

（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，保持其他條件不變，探究溫度對反應(yīng)的影響。由圖可知，T2時反應(yīng)到達平衡較快，故T2＞T1；溫度升高后甲醇的物質(zhì)的量減少，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高其平衡常數(shù)越小。①溫度為T1時，從反應(yīng)開始到平衡，內(nèi)甲醇的變化量為，則生成甲醇的平均速率為v(CH3OH) =mol·L-1·min-1，①不正確；②該反應(yīng)在T1時的平衡常數(shù)比T2時的大，②不正確；③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，③正確；④A點為T1溫度下的平衡狀態(tài)，處于A點的反應(yīng)體系從T1變到T2，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故達到平衡時增大，④正確。綜上所述，說法正確的是③④。

（4）在T1溫度時，將1mol CO2和3mol H2充入一密閉恒容容器中，發(fā)生的反應(yīng)為CO2 (g)＋3H2 (g) CH3OH (g)＋H2O (g)，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為a，則CO2、H2、CH3OH 、H2O的變化量分別為a mol、3amol、a mol、a mol，平衡時氣體的總物質(zhì)的量為(4-2a) mol（注意高于300℃時，CH3OH是氣體），則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，為1-0.5a。

Ⅱ.（5）由題意可知，用如圖所示裝置處理含CN-廢水時，控制溶液pH為9~10加入一定量的NaCl，一定條件下電解，陽極上氯離子放電，氯離子被氧化為ClO-，產(chǎn)生ClO-的將CN-氧化為N2而除去，所以鐵電極不可能是陽極，鐵電極為陰極，陽極產(chǎn)生的ClO-的電極反應(yīng)為Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O，陽極產(chǎn)生的ClO-的將CN-氧化為N2的離子方程式為2CN-+5C1O-+2OH-=N2↑+5Cl-+2CO32-+H2O。