Question

能源問(wèn)題是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大課題，甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，研究甲醇具有重要意義。

（1）用CO合成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)在容積為1L。的密閉容器中分別充入1molCO和2molH₂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線如圖所示。則該正反應(yīng)的△H_______0（填“＜”、“＞”或“=”），判斷的理由是______。

（2）利用工業(yè)廢氣中的CO₂可制取甲醇，其反應(yīng)為：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。

①常溫常壓下已知下列反應(yīng)的能量變化如下圖所示：

由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式為_(kāi)______。

②為探究用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在一恒溫恒容密閉容器中，充入1molCO₂ 和3molH₂，進(jìn)行上述反應(yīng)。測(cè)得CO₂。和CH₃OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，v(H₂)=_______ ；該溫度下的平衡常數(shù)數(shù)值K=______。能使平衡體系中n(CH₃OH)/n(CO₂))增大的措施有_______（任寫(xiě)一條）。

（3）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種。

①甲醇蒸汽重整法。主要反應(yīng)為；CH₃OH(g)  CO(g)+2H₂(g)設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0. 60 molCH₃OH(g)，體系壓強(qiáng)為P₁，在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，體系壓強(qiáng)為P₂，且P₂/P₁ =2.2，則該條件下CH₃OH   的平衡轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____ 。

②甲醇部分氧化法。在一定溫度下以Ag/CeO₂－ZnO為催化劑時(shí)原料氣比例對(duì)反應(yīng)的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質(zhì)越多）影響關(guān)系如圖所示。則當(dāng)n(O₂)／n(CH₃OH) =0.25時(shí)。CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為_(kāi)_____ 。在制備H₂：時(shí)最好控制n(O₂))/n(CH₃OH)=______。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）＜溫度升高，平衡時(shí)甲醇的量減少，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱（或溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱）。（2）① CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(l)+H₂O(l) ΔH=-50KJ/mol. ②0.225mol/(L·min)  5.3  降低溫度（或加壓或增大H₂的量或?qū)�H₂O蒸汽從體系中分離等）。（3） ①60﹪  ②2CH₃OH+ O₂ =2HCHO+ 2H₂O  0. 5

【解析】

試題分析：（1）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，由于升高溫度，n(CH₃OH)減小，平衡時(shí)CH₃OH的含量降低，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。故△H＜0. （2） ①由圖一可知：CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(l)  △H=41KJ/mol, 由圖二可知：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  △H= -91KJ/mol.將兩式相加可得：CO₂(g) +3H₂(g)=CH₃OH(l)+H₂O(l) ΔH=-50KJ/mol. ② V(CO₂)= (1.00-0.25) mol/L÷10min= 0.075mol/(l·min). V(H₂):V(CO₂)=3:1,所以V(H₂)=3 V(CO₂)= 0.225mol/(L·min) . 在該溫度下的平衡常數(shù)數(shù)值由于反應(yīng) CO₂(g) +3H₂(g)= CH₃OH(l)+H₂O(l) ΔH=-50KJ/mol.的正反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，所以降低溫度能使平衡體系中n(CH₃OH)/n(CO₂)增大。另外比如加壓、增加H₂的量或?qū)⑺�蒸氣從混合物中分離出來(lái)等措施也能使平衡體系中n(CH₃OH)/n(CO₂))增大。（3）反應(yīng)開(kāi)始時(shí)n(CH₃OH)=0.6mol,n(CO)=0mol,n(H₂)=0mol.假設(shè)反應(yīng)過(guò)程中CH₃OH改變的物質(zhì)的量為X，則達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量為n(CH₃OH)= (0.6-X)mol, n(CO) =Xmol n(H₂)=2Xmol,對(duì)于體積固定的密閉容器中的氣體反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)前后的壓強(qiáng)比等于它們的物質(zhì)的量的比。所以(0.6+2X)÷0.6=2.2,解得X=0.36.所以CH₃OH的平衡轉(zhuǎn)化率為0.36÷0.6×100﹪=60﹪。②由圖可知當(dāng)n(O₂)／n(CH₃OH) =0.25時(shí)得到的產(chǎn)物是甲醛，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為2CH₃OH + O₂=2HCHO+ 2H₂O。在制備H₂時(shí)由于在n(O₂)／n(CH₃OH) =0.5時(shí)選擇性最高，所以最好控制n(O₂))/n(CH₃OH)= 0.5。

考點(diǎn)：考查關(guān)于甲醇燃料電池的化學(xué)反應(yīng)原理及制法等知識(shí)。