Question

碳和碳的化合物在生产、生活中有重要作用，甲醇水蒸气重整制氢系统可能发生下列三个反应：

①CH₃OH(g)CO(g)+2H₂(g) △H₁=+90．8kJ/mol

②CH₃OH(g)+H₂O(g)CO₂(g)+3H₂(g) △H₂=+49kJ/mol

③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

回答下列问题：

（1）△H₃=__________；

（2）根据化学原理分析升高温度对反应②的影响__________；

（3）甲醇使用不当会造成其对水质的污染，用电化学可消除这种污染，其原理是电解CoSO₄、稀硫酸和CH₃OH混合溶液，将Co²⁺氧化成Co³⁺，Co³⁺再将CH₃OH氧化成CO₂。

①电解时，阳极的电极反应式为__________；

②Co³⁺氧化CH₃OH的离子方程式为__________。

（4）控制反应条件，反应①中的产物也可以用来合成甲醇和二甲醚，其中合成二甲醚的化学方程式为3H₂(g)+3CO(g)═CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)，在相同条件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡转化率随氢碳比[]的变化如图所示：

合成二甲醚的最佳氢碳比比为__________，对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压(P_B)代替物质的量浓度(c_B)也可以表示平衡常数(记作K_P)，水煤气合成二甲醚的反应的平衡常数表达式为K_P=__________。

（5）在标态(反应物和产物都处于100kPa)和T(K)条件下由稳定单质生成1mol化合物的焓变称为该物质在T(K)时的标准焓，用符号△H^θ表示。已知石墨和一氧化碳的燃烧热△H分别为-393．5kJ•mol^-1和-283．0KJ•mol^-1，则CO₂(g)、CO(g)的△H^θ分别为__________、__________。

Answer

（1）-41．8kJ/mol

（2）升高温度反应②速率加快，升高温度有利于反应②向正反应方向移动

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

（4）1．0；；

（5）-393．5kJ/mol；-110．5kJ/mol

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，将②-①得：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=+49kJ/mol-(+90．8kJ/mol)=-41．8kJ/mol，故答案为：-41．8kJ/mol；

（2）反应②属于吸热反应，升高温度，反应速率加快，升高温度平衡向正反应方向移动，故答案为：升高温度，反应②速率加快，升高温度有利于反应②向正反应方向移动；

（3）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；故答案为：Co2+-e-=Co3+；

②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；故答案为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；

（4）由题中数据可知，当氢气与一氧化碳的物质的量之比为1时，氢气和一氧化碳的转化率最高，所以合成二甲醚的最佳比为1；用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP)，则水煤气合成二甲醚的KP=，故答案为：1；；

（5）根据石墨的燃烧热△H分别为-393．5kJ/mol，即生成1molCO2的焓变为-393．5kJ/mol，满足标准焓的概念，故CO2(g)的△Hθ为-393．5kJ/mol；根据一氧化碳的燃烧热△H=-283．0kJ/mol，因此碳生成一氧化碳的△H=-393．5kJ/mol-(-283．0kJ/mol)=-110．5kJ/mol，即生成1molCO的焓变为-110．5kJ/mol，故CO(g)的△Hθ为-110．5kJ/mol，故答案为：-393．5kJ/mol；-110．5kJ/mol。

【考点定位】考查电解、原电池原理分析和电极反应书写方法、热化学方程式的书写方法和盖斯定律的计算应用、化学平衡的影响因素、反应热与焓变

【名师点晴】本题考查的知识点较多，题目难度较大。注意掌握化学平衡的影响因素、明确平衡常数随温度变化，能够利用盖斯定律和热化学方程式计算反应热。在利用盖斯定律时，要学会基本的使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”；在书写电极方程式时，要根据发生反应的类型和电解质溶液的性质书写。