Question

工业上可用一氧化碳合成可再生能源甲醇。

(1)已知：Ⅰ.3CO(g)＋6H₂(g) CH₃CH＝CH₂(g)＋3H₂O(g) △H₁＝-301.3kJ/mol；

Ⅱ.3CH₃OH(g) CH₃CH＝CH₂(g)＋3H₂O(g)      △H₂＝-31.0kJ/mol。

则CO与H₂合成气态甲醇的热化学方程式为___________________________________

(2)某科研小组在Cu₂O/ZnO作催化剂的条件下，在500℃时，研究了n(H₂)∶n(CO)分别为2∶1、5∶2时CO的转化率变化情况(如图1所示)，则图中表示n(H₂)∶n(CO)＝2∶1的变化曲线为________(填“曲线a”或“曲线b”)，原因是_________________。

(3)某科研小组向密闭容器中充入一定量的CO和H₂合成气态甲醇，分别在A、B两种不同催化剂作用下发生反应，一段时间后测得CH₃OH的产率与温度的关系如图2所示。下列说法正确的是____________(填选项字母)。

a.使用催化剂A能加快相关化学反应速率，但催化剂A并未参与反应

b.在恒温恒压的平衡体系中充入氩气，CH₃OH的产率降低

c.当2v(CO)_正＝v(H₂)_逆时，反应达到平衡状态

(4)一定温度下，在容积均为2L的两个恒容密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

容器	甲	乙
反应物起始投入量	2 mol CO、6 mol H2	a mol CO、b mol H2、c mol CH3OH(g)(a、b、c均不为零)

若甲容器平衡后气体的压强为开始时的，则该温度下，该反应的平衡常数K＝_______，要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则乙容器中c的取值范围为_____________________________________。

(5)CO与日常生产生活相关。

①检测汽车尾气中CO含量，可用CO分析仪，工作原理类似于燃料电池，其中电解质是氧化钇(Y₂O₃)和氧化锆(ZrO₂)晶体，能传导O^2－。则负极的电极反应式为__________________。

②碳酸二甲酯[(CH₃O)₂CO]毒性小，是一种绿色化工产品，用CO合成(CH₃O)₂CO，其电化学合成原理为4CH₃OH＋2CO＋O₂2(CH₃O)₂CO＋2H₂O，装置如图3所示：写出阳极的电极反应式：________________________________________

Answer

CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝－90.1kJ/mol 曲线b H2的含量越低，CO的转化率越低 bc 0.25 1﹤c﹤2 CO-2e-+O2-=CO2 2CH3OH+CO-2e-==(CH3O)2CO+2H+

【解析】

(1)利用盖斯定律：Ⅰ×-Ⅱ×得CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ，再计算△H；

(2)n(H2)：n(CO)=5:2时，相当于增大H2浓度，平衡正移，CO的转化率增大；

(3)a．催化剂参加化学反应才能加快反应速率；

b．在恒温恒压的平衡体系中充入氩气，体积增大，分压减小，平衡逆移；

c．反应速率与计量系数成正比；

(4)根据理想气体方程：PV=nRT，压强与物质的量成正比，先计算出平衡时各物质的量，再计算平衡常数K=c(CH3OH) ，最后根据等效平衡分析c的取值范围；

(5)①负极CO发生氧化反应与O2-结合生成CO32-，根据电子转移、电荷守恒书写负极电极反应式；

②阳极上是甲醇和一氧化碳反应失电子发生氧化反应生成(CH3O)2CO，根据电子转移、电荷守恒书写电极反应。

(1)已知：Ⅰ.3CO(g)+6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H1=-301.3kJ/mol，Ⅱ.3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol，由盖斯定律可知Ⅰ×-Ⅱ×得CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ，则△H =(-×301.3+×31.0) kJ/mol=-90.1kJ/mol，即CO与H2合成气态甲醇的热化学方程式为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H＝－90.1kJ/mol；

(2)n(H2)：n(CO)=5:2时，相当于增大H2浓度，平衡正移，CO的转化率增大，则n(H2)：n(CO)=2:1时H2的含量越低，平衡逆向移动，CO的转化率越低，即图中表示n(H2)：n(CO)=2:1的变化曲线为曲线b；

(3)a．催化剂参加化学反应才能加快反应速率，故a错误；

b．在恒温恒压的平衡体系中充入氩气，体积增大，分压减小，平衡逆移，CH3OH的产率降低，故b正确；

c．根据反应速率与计量系数成正比，当2V正(CO)=V逆(H2)时，反应达到平衡，故c正确；

故答案为bc；

(4)已知甲中反应物投入量为：2moLCO、6molH2，则：

根据理想气体方程：PV=nRT，压强与物质的量成正比，即=0.75，解得x=1mol，平衡常数K= =0.25；依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量等于CO的物质的量为2mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量1mol，所以c的物质的量为：1＜n(c)＜2；

(5)①负极CO发生氧化反应与O2-结合生成CO32-，负极电极反应式为：CO+2O2--2e-=CO32-；

②阳极上是甲醇和一氧化碳反应失电子发生氧化反应，根据电子转移、电荷守恒书写电极反应为2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+。