Question

高纯二氧化碳主要用于医学研究及临床诊断及电子工业；含碳的有机物醇、醛在生产生活中有广泛运用。

I．(1)工业上用CO₂和H₂在一定条件下反应可合成二甲醚，已知：

2CO₂(g)+6H₂(g)＝2CH₃OH(g)+2H₂O(g)    △H₁＝－107.4kJ/mol

2CH₃OH(g)＝CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)    △H₂＝－23.4kJ/mol

则2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)    △H₃＝________kJ/mol

(2)在一定条件下将CO₂和H₂充入一固定容积的密闭容器中，在两种不同温度下发生反应：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)，测得CH₃OCH₃(g)的物质的量随时间的变化如图所示。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_I_______K_Ⅱ(填“＞”“=”或“＜”)。

②一定温度下，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是________(填序号)。

a．混合气体密度不变

b．二甲醚和水蒸气的反应速率之比保持不变

c．v_正(H₂)=2v_逆(H₂O)    

d．2个C=O断裂的同时有3个H－O断裂

(3)合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H。在某压强下，合成甲醇的反应在不同温度、不同投料比时，CO的转化率如图所示。

①600K温度下，将1molCO和4molH₂充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(H₂)＝___________。

②若投料比保持不变，升高温度，该反应平衡向_______方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。

③上述合成甲醇的过程中提高CO的转化率可采取的措施有______。(列举一种即可)。

Ⅱ．用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的原理为：

使用惰性电极电解，乙醛分别在阴、阳极转化为乙醇和乙酸，总反应为：2CH₃CHO+H₂OCH₃CH₂OH+CH₃COOH。实验室中，以一定浓度的乙醛—Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程。

①电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体，阳极产生气体的电极反应为：______。

②在实际工艺处理过程中，阴极区乙醛的去除率可达80%。若在两极区分别注入1m³乙醛含量为400mg/L的废水，可得到乙醇________kg(计算结果保留2位小数)。

Answer

－130.8 ＜ cd 0.12mol/(L·min) 逆反应 增大压强、降低温度、分离出甲醇、增大氢气的浓度等 2H2O－4e－＝O2+4H+或4OH－－4e－＝O2+2H2O 0.33

【解析】

I．(1)2CO2(g)+6H2(g)＝2CH3OH(g)+2H2O(g) △H1＝－107.4kJ/mol ①

2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝－23.4kJ/mol ②

利用盖斯定律，将①+②得：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3＝(－107.4)+(－23.4)kJ/mol=－130.8 kJ/mol。答案为：－130.8；

(2)①从曲线中可以看出，曲线I先达平衡，则曲线I的温度高，此时n(CH3OCH3)小，则升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，所以曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI＜KⅡ。

②a．因为混合气体的体积不变、质量不变，所以混合气体密度始终不变，密度不变时不一定达平衡状态，a不符合题意；

b．二甲醚和水蒸气都是生成物，二者的反应速率之比始终等于化学计量数之比，速率之比保持不变时，不一定达平衡状态，b不符合题意；

c．v正(H2)=2v逆(H2O)时，反应方向相反，速率之比等于化学计量数之比，反应达平衡状态，c符合题意；

d．2个C=O断裂，同时有3个H－O断裂，则表明若有2个CO2分子参加反应，则同时有3个H2O发生反应，反应的方向相反，则变化量之比等于化学计量数之比，反应达平衡状态，d符合题意；故选cd。答案为：＜；cd；

(3)①600K温度下，将1molCO和4molH2充入2L的密闭容器中，此时投料比为4，CO的转化率为60%，参加反应的CO物质的量为0.6mol，则生成H2的物质的量为1.2mol，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(H2)＝=0.12mol/(L·min)。

②若投料比保持不变，升高温度，CO的转化率减小，表明该反应平衡向逆反应方向移动。

③上述合成甲醇的反应，是放热的、体积缩小的可逆反应，所以提高CO的转化率可采取的措施有增大压强、降低温度、分离出甲醇、增大氢气的浓度等。

答案为：0.12mol/(L·min)；逆反应；增大压强、降低温度、分离出甲醇、增大氢气的浓度等；

Ⅱ．①电解Na2SO4溶液的实质是电解水，电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体，阳极为H2O失电子生成H+和O2，或OH－失电子生成O2和H2O，产生气体的电极反应为：2H2O－4e－＝O2+4H+或4OH－－4e－＝O2+2H2O。

②在阴极区，发生反应为：2H2O+2e-＝2OH-+H2↑，CH3CHO+H2→CH3CH2OH，在实际工艺处理过程中，阴极区乙醛的去除率可达80%。若在两极区分别注入1m3乙醛含量为400mg/L的废水，则阴极可得到乙醇的质量为=0.33kg。答案为：2H2O－4e－＝O2+4H+或4OH－－4e－＝O2+2H2O；0.33。