Question

（14分）甲醇（CH₃OH）是重要的溶剂和替代燃料。

（1）CO和H₂的混合气体俗称合成气，可以在一定条件下制备甲醇。

CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  ΔH＜0，该反应平衡常数的表达式为       。若压强、投料比x[n(CO)/n(H₂)]对该反应的影响如图所示，则图中曲线所示的压强关系：p₁      p₂（填“=”“>”或“<”）。

（2）NH₄Cl(s) ＝ NH₃(g) + HCl(g)  ΔH = +163.9 kJ•mol^-1

HCl(g) + CH₃OH(g) → CH₃Cl(g) + H₂O(g)  ΔH = -31.9 kJ•mol^-1

写出氯化铵和甲醇反应的热化学方程式         ，该反应在一定条件下能自发进行的原因是         。由右图知，HCl和CH₃OH的混合气体通过催化剂时的最佳流速在20 L•min^-1~30 L• min^-1之间。流速过快，会导致氯甲烷产率下降，原因是         。流速过慢，会使副产物二甲醚增多，其反应为2CH₃OH→CH₃OCH₃ + H₂O，生产中常通入适量的水蒸气，该操作对制备CH₃Cl的影响是                。

（3）将有机污水去除氧气后加入到如图所示的微生物电解池内，可以实现污水处理和二氧化碳还原制甲醇。写出电解时阴极的电极反应式       。

Answer

（14分，每空2分）

（1）K= <

（2）NH4Cl(s)+ CH3OH(g) → NH3(g)+ CH3Cl(g)+H2O(g) ΔH=+132 kJ•mol-1 ΔS＞0

流速过高反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低，导致产率降低

对主副反应有抑制作用，提高CH3Cl纯度的同时，也降低了其产率

（3）CO2 ＋6H＋＋6e－= CH3OH＋H2O

【解析】

试题分析：（1）平衡常数是指在一定温度下达到平衡时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此可以写出平衡常数的表达式。同一投料比时，p1条件下氢气的含量比 p2 高，根据CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，减小压强，平衡向逆反应方向移动，氢气的含量增大，说明p1< p2

（2）①NH4Cl(s) ＝ NH3(g) + HCl(g) ΔH = +163.9 kJ•mol-1；②HCl(g) + CH3OH(g) → CH3Cl(g) + H2O(g) ΔH = -31.9 kJ•mol-1；将①+②得：NH4Cl(s)+ CH3OH(g) → NH3(g)+ CH3Cl(g)+H2O(g)，ΔH =+163.9 kJ•mol-1-31.9 kJ•mol-1=+132 kJ•mol-1；该反应属于吸热反应，在一定条件下自发进行，是因为该反应是一个熵增加的反应。HCl和CH3OH的混合气体通过催化剂时，流速过快，反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低，会导致氯甲烷产率下降；生产中通入适量的水蒸气，会使得2个反应向逆反应方向移动，减少了副反应的发生，同时也降低了CH3Cl的产率。

（3）电解时阴极发生还原反应，根据题意“二氧化碳还原制甲醇”，结合图示氢离子的运动方向，电解时阴极的电极反应式为CO2 ＋6H＋＋6e－= CH3OH＋H2O。

考点：考查了化学平衡的移动、盖斯定律、电化学等相关知识。