Question

化学平衡原理是中学化学学习的重要内容，请回答下列问题：

甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用合成气（主要成分CO、H₂）制备甲醇。

（1）己知：CO、H₂、CH₃OH、的燃烧热（△H）分别为-283.0kJ/mol、-241.8kJ/mol、-192.2 kJ/mol，请写出合成气制备甲醇的热化学方程式                               。

（2）若在绝热、恒容的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H₂，发生CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）反应，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻为平衡状态的是______（填选项字母）。

（3）在T₁℃时，在体积为5 L的恒容容器中充入3 mol的合成气，反应达到平衡时CH₃OH的体积分数与n（H₂）／n（CO）的关系如图所示。H₂和CO按2:1投入时经过5 min达到平衡，则5 min内用H₂表示的反应速率为v（H₂）=_______。温度不变，当时，达到平衡状态，CH₃OH的体积分数可能是图象中的______点。

（4）含有甲醇的废水随意排放会造成水污染，可用ClO₂将其氧化为CO₂，然后再加碱中和即可。写出处理甲醇酸性废水过程中，ClO₂与甲醇反应的离子方程式：________________________。

（5）水的自偶电离可表示为H₂O+H₂OH₃O⁺+OH^-。与水电离相似，甲醇也能发生自偶电离，请写出甲醇的自偶电离方程式_______________________________________，往甲醇中加入少量金属钠反应生成甲醇钠，则反应后的混合液中的电荷守恒式_____________________________。

Answer

（1）CO（g）+2H2（g）CH3OH（l） △H= -574.4kJ/mol （3分） （2）D（2分）

（3）0.06 mol•L-1•min-1 （2分）、F（2分）

（4）6ClO2 +5CH3OH＝5CO2 +6Cl -+6H++7H2O（2分）

（5）CH3OH+CH3OHCH3OH2++CH3O -（2分） c（CH3OH2+）+ c（Na+）＝c（CH3O -）（2分）

【解析】

试题分析：（1）己知：CO、H2、CH3OH、的燃烧热（△H）分别为-283.0kJ/mol、-241.8kJ/mol、-192.2 kJ/mol，则①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1

②2H2（g） + O2（g） = 2H2O（l） △H=－483.6kJ/mol

③CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-192.2kJmol-1

由盖斯定律可知①+②-③得反应CO（g） + 2H2（g）＝CH3OH（l的△H＝（-283-483.6+192.2）kJmol-1＝－574.4kJ/mol。

（2）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，而t1时刻V正最大，之后速率减小，A错误；B、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图像与实际符合，B错误；C、t1时刻后一氧化碳、甲醇的物质的量发生变化，t1时刻未到达平衡状态，C错误；D、t1时刻，CO的质量分数为定值，处于平衡状态，图像与实际符合，D正确；答案选D。

（3）根据图像可知H2和CO按2:1投入平衡时甲醇的含量是0.5，则根据方程式可知

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol） 1 2 0

平衡量（mol） n 2n n

转化量（mol）1－n 2－2n n

因此有

解得n＝0.75

所以5 min内用H2表示的反应速率为＝0.06 mol•L-1•min-1。

温度不变，当时氢气的物质的量增加，CO的转化率增大，但氢气的转化率减小，因此产生的甲醇的物质的量减小，所以达到平衡状态时CH3OH的体积分数降低，因此可能是图象中的F点。

（4）反应中Cl元素化合价从＋4价降低到－1价，得到5个电子。碳元素化合价从－2价升高到＋4价，失去6个电子，因此根据电子得失守恒可知ClO2与甲醇反应的离子方程式为6ClO2 +5CH3OH＝5CO2 +6Cl -+6H++7H2O。

（5）根据水的自偶电离可表示为H2O+H2OH3O++OH-可知甲醇的自偶电离方程式为CH3OH＋CH3OHCH3OH2+＋CH3O -，往甲醇中加入少量金属钠反应生成甲醇钠，则反应后的混合液中的电荷守恒式为c（CH3OH2+）+ c（Na+）＝c（CH3O -）。

考点：考查热化学方程式和氧化还原反应方程式书写、平衡状态判断、外界条件对平衡状态的影响及反应速率计算、电离方程式及电荷守恒的应用等