Question

减少工业和生活废弃物的排放并合理开发利用，近年来受到了人们的普遍关注。

I .利用工业废水中的CO₂制取甲醇，反应为CO₂+3H₂CH₃OH +H₂O。

(1)已知下列反应的能量变化如图所示：

由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为__________________________。

II.利用工业废气CO合成甲醇，反应为CO(g) +2H₂(g) CH₃OH(g)。

(2)一定条件下，在1L密闭容器中充入0.6 mol CO和1.4mol H₂，8 min后达到平衡，CO的转化率为50%，则8 min内H₂的平均反应速率为___________________。

(3)若反应原料是来自煤的气化，已知该反应的平衡常数表达式为K=，每生成1molH₂需要吸收131.3kJ的热量。写出该反应的热化学方程式___________。

(4)t℃时，能发生如下反应：2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)。已知反应平衡常数为400，此温度下，在1L密闭容器中加入—定量的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c(mol·L^-1)	0.46	1.0	1.0

此刻正、逆反应速率的关系是：v(正)____v(逆)(填“>”“<”或“=”)，平衡时c(CH3OCH3)的物质的量浓度是___________________。

(5)已知反应 3CO(g)+3H₂(g) CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)，CO的平衡转化率a(CO)与温度、压强的关系如右图所示。图中X表示_____(填“温度”或“压强”)，判断的理由是____________。

(6)强酸性电解质溶液中，用惰性电极电解CO₂可转化为多种燃料，其原理如图所示。b为电源的______    极。电解时，生成乙烯的电极反应式为________。

Answer

CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-50kJ/mol 0.075 mol•L-1•min-1 C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g) △H = +131.3 kJ/mol > 1.2 mol•L-1 温度 图中表明随着X增大，CO的平衡转化率减小；如果X表示压强，压强增大，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，不符合条件；如果X表示温度，温度升高，平衡向逆反应方向移动，CO的平衡转化率减小，符合条件。 正 2CO2 +12H++12e-=C2H4+4H2O

【解析】I .(1)图象分析书写热化学方程式为：①CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（l）△H=-91KJ/mol；依据盖斯定律②-①得到：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-50KJ/mol；

II.(2)在该条件下，若反应①的起始浓度分别为：c（CO）=0.6mol•L-1，c（H2）=1.4mol•L-1，8min后达到平衡，CO的转化率为50%，
      CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
起始量（mol/L）   0.6    1.4    0
变化量（mol/L）   0.3    0.6    0.3
8min量（mol/L）  0.3     0.8    0.3

则8min内H2的平均反应速率为==0.075 mol•L-1•min-1；

(3)某反应的平衡常数表达式为K=，反应的化学方程式为：H2O（g）+C（s）⇌H2（g）+CO（g），每生成1mol H2需要吸收131.3kJ的热量，生成2g氢气放热131.3KJ，结合热化学方程式书写方法写出，C（s）+H2O（g）=H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol-1；

(4)2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g），浓度商==4.7＜400，平衡正向移动，则v正大于v逆；
②设达到平衡时二甲醚反应的物质的量浓度为xmol/L，
     该反应2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O
开始（mol/L）  0.46     1     1      
反应（mol/L）  2x     x     x
平衡（mol/L ）0.46-2x     1+x   1+x
化学平衡常数K==400，x=0.2，
则平衡时二甲醚的物质的量浓度=（1+0.2）mol/L=1.2mol/L；

(5)3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-262.7kJ•mol-1，反应为气体体积减小的放热反应，温度升高平衡逆向进行，一氧化碳转化率减小，增大压强平衡正向进行，一氧化碳转化率增大，图中表明随着X增大，CO的平衡转化率减小；如果X表示压强，压强增大，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，不符合条件；如果X表示温度，温度升高，平衡向逆反应方向移动，CO的平衡转化率减小，符合条件；

(6)电解时，二氧化碳在b极上生成乙烯，得到电子的一极为电源的正极，电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；