Question

(14分)CO₂和H₂可用于合成甲醇和甲醚。

（1）已知①CH₃OH(l)＋O₂(g) == CO₂(g)＋2H₂O(l) ΔH＝－725.5 kJ·mol^－1

②H₂(g)＋O₂(g) == H₂O(g)   ΔH ＝－241.8 kJ·mol^－1

③H₂O(g) == H₂O(l) ΔH ＝－44 kJ·mol^－1

则工业上以CO₂(g)、H₂(g)为原料合成CH₃OH(l)，同时生成H₂O(l)的热化学方程式为_______。

（2）将CO₂转化为甲醚的反应原理为2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(l)

已知在投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，不同温度、不同压强时，CO₂的转化率见下表：

①下列关于上述可逆反应的说法正确的是

A．在恒温、恒容的密闭容器中，当反应混合气体的密度保持不变时反应达平衡状态

B．当v_正(CO₂)= 3 v_逆(H₂)，反应达平衡状态

C．当n(CO₂):n(H₂)=1：3时，反应达平衡状态

D．a > 60%

②上述反应的化学平衡常数的表达式为__________。

③该反应的ΔH       0，原因是                        。

④在压强为P、温度为500K、投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，反应达平衡状态时H₂的转化率为          ，混合气体中CO₂的体积分数为              。

（3）以甲醇、空气、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：放电时，负极的电极反应式为             。

Answer

（14分）（1）CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－131.9 kJ·mol－1 （2分）

（2）①AD （2分） ② （2分）

③＞ 由表中数据可判断b＜55%，可得温度升高，反应物转化率降低，所以正反应放热。（1+2分）

④60% 4/19 （1+2分）

（3）CH3OH－8e－＋8OH－ ＝CO32-＋6H2O （2分）

【解析】

试题分析：（1）3×（②+③）—①，整理可得：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－131.9 kJ·mol－1；（2）①A．在恒温、恒容的密闭容器中，该反应的物质不完全是气体，也就是说是气体质量可变的反应，若反应未处于平衡状态，则气体的密度改变，所以当反应混合气体的密度保持不变时反应达平衡状态，正确；B．在任何时刻都存在当3v正(CO2)= v正(H2)，若3 v逆(H2)= v正(H2)/3，用同一物质表示的正反应、逆反应的速率不相等，反应未达平衡状态，错误；C．由于加入的二者的物质的量的比是1:3，反应消耗的比例也是1:3，所以在任何时刻都存在n(CO2):n(H2)=1：3，故不能判断反应达平衡状态，错误；D．由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以在压强不变时，增大压强，平衡向正反应方向移动，所以物质的转化率a > 60%，正确。②化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比。该反应的化学平衡常数的表达式为。③在压强都是1.5 P时，在温度为500 K时，转化率a>60%，在600K时转化率是55%，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向为吸热反应，所以该反应的正反应为放热反应，所以ΔH>0。④在压强为P、温度为500K、投料比n(CO2):n(H2)=1：3的条件下，反应消耗的二者的物质的量的比是1:3，所以反应达平衡状态时H2的转化率为与CO2相同，也是60%，假设反应开始时加入CO2的物质的量是2mol，根据方程式2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(l)可知：每有2molCO2发生反应，会消耗H26mol，产生1mol CH3OCH3(g)，现在CO2反应消耗的物质的量是Δn(CO2)=1mol×0.6=0.6mol，消耗H2的物质的量是Δn(H2)=3mol×0.6=1.8mol,产生CH3OCH3(g)的物质的量是：Δn(CH3OCH3)=1/2Δn(CO2)=0.3mol，平衡时混合气体中CO2的物质的量是n(CO2)=0.4mol， n(H2)=1.2mol，所以CO2体积分数为[0.4mol÷(0.4mol+1.2mol+0.3mol)] = 4/19。（3）以甲醇、空气、KOH溶液为原料可设计成燃料电池，通入甲醇的电极为负极，放电时，负极的电极反应式为CH3OH－8e－＋8OH－ ＝CO32-＋6H2O。

考点：考查热化学方程式的书写、化学平衡状态的判断、平衡常数表达式及计算、物质的平衡含量的计算、燃料电池的电极反应式的书写的知识。