Question

(12分)甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇：CO ( g )＋2H₂ ( g ) CH₃OH ( g )  H＝－90.8 kJ·mol^－1，在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 mol H₂，CO 的 平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示，当达到平衡状态B 时，容器的体积为4 L。

（1）该反应的化学平衡常数表达式为                 。

（2）如反应开始时仍充入10 mol CO 和20 mol H₂，则在平衡状态A时，容器的体积V(A)=    L。

（3）关于反应CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)建立化学平衡状态时的标志是       (填字母)。

A．CO的含量保持不变               

B．容器中CH₃OH浓度与CO浓度相等

C．2V_正(CH₃OH)=V_正(H₂)      

D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

（4）已知CO₂(g)＋H₂(g)CO(g)＋H₂O(g) H=＋41.3 kJ·mol^－1 ，试写出由CO₂和H₂制取甲醇的热化学方程式                                       。

（5）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。

实验室用下图装置模拟上述过程：

①写出阳极的电极反应式______________      _。

②写出除去甲醇的离子方程式_______________  ___。

Answer

(共12分)

（1）K=C(CH3OH)/C2(H2)•C(CO)

（2）20 （3） A D

（4）CO2(g) ＋3H2(g) CH3OH(g) ＋H2O(g) H=－49.5 kJ·mol－1

（5）①Co2＋ - e- = Co3＋ ②6Co3＋＋CH3OH＋H2O = 6Co2＋＋CO2↑＋6H＋

【解析】

试题分析：（1）根据平衡常数的定义可得到该反应的化学平衡常数表达式为K=C(CH3OH)/C2(H2)•C(CO)；

（2）已知反应开始时充入10 mol CO 和20 mol H2，在达到平衡状态B时CO的转化率为0.8，则此时各物质的物质的量为CO为2 mol，H2为4 mol， CH3OH为8 mol，n(气体)=14 mol，若密闭容器中仍充入10 mol CO 和20 mol H2，当达到平衡状态A 时，CO的转化率为0.5，此时各物质的物质的量为CO为5 mol；H2为10 mol； CH3OH为5 mol，n(气体)=20 mol， 由于A、B是在相同温度下测定的。所以化学平衡常数不变，设第二次达到平衡时容器的体积为V，则(5÷V)÷[(5÷V)×(10÷V)2] =(8÷4)÷[(2÷4) ×(4÷4)2，解得v=20 L

（3） 从平衡状态的两个重要特征判断：①v(正)=v(逆)，②混合物中各组成成分的百分含量不变。A．CO的含量保持不变， 说明反应达到平衡状态，正确；B．容器中CH3OH浓度与CO浓度相等，不能说明甲醇的浓度不随时间发生变化，错误；C．2V正(CH3OH)=V正(H2)表示的是同一方向，错误；D．根据M=m/n，随着反应的进行，n不断减小，则容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变时，反应达到平衡状态，正确；选AD。

（4）将CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) H=＋41.3 kJ/mol和 CO ( g )＋2H2 ( g ) CH3OH ( g ) H＝-90.8 kJ/mol相加可得CO2和H2制取甲醇的热化学方程式：CO2(g) ＋3H2(g) CH3OH(g) ＋H2O(g) H=-49.5 kJ/mol.

（5）①根据题意，通电后，将Co2＋氧化成Co3＋，说明Co2＋失电子作阳极，电极反应式为Co2＋ - e- = Co3＋，②以Co3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，所以化学方程式为6Co3＋＋CH3OH＋H2O = 6Co2＋＋CO2↑＋6H＋。

考点：考查化学平衡常数的表达式及计算，平衡状态的判断，电解的应用等知识。