Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。

(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：

反应 I：CO ( g) + 2H₂(g)⇌CH₃OH ( g) ΔH₁

反应 II：CO₂(g)+ 3H₂( g)⇌CH₃OH(g) + H₂O( g) ΔH₂

①上述反应符合“原子经济”原则的是___________ (填“I”或“II”)

②下表所列数据是反应 I 在不同温度下的化学平衡常数 (K )：

温度	250℃	300℃	350℃
K	2. 041	0. 270	0. 012

由表中数据判断ΔH₁___________0   (填“＞”、“＜ ”或“=”)。

③某温度下 ，将 2mol CO 和6 mol H₂充入 2 L 的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得 n (CO)=0.4 mol，则CO的转化率为______ ，此时的温度为_____℃(从上表中选择)。

(2)已知在常温常压下 ：

①2CH₃OH (l)+ 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(g) ΔH=-1 275.6kJ• mol^-1

②2CO (g) + O₂(g) = 2CO₂(g) ΔH= - 566.0kJ• mol^-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式________ 。

(3)用如图所示的装置电解K₂SO₄溶液同时制备H₂SO₄和 KOH 溶液， II 中装入K₂SO₄溶液( a、b 是离子交换膜)，下列有关分析正确的是_________。

A．I 区生成H₂SO₄

B．a 是阴离子交换膜

C．II 区中的K⁺进入 I 区

D．III区溶液的 pH 会升高

Answer

I ＜ 80 % 250 CH3OH(l)+O2(g)=CO (g) +2H2O (g) ΔH=- 354.8kJ • mol-1 C

【解析】

根据“原子经济”的概念分析判断；根据温度对平衡移动的影响分析判断；利用三段式计算各自组分物质的量变化量、平衡时的物质的量，依据转化率概念计算CO的转化率；根据浓度计算出平衡常数，再判断温度；根据盖斯定律计算书写热化学方程式；根据电解池原理进行分析解答。

(1)①“原子经济”是指在化学品合成过程中，所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中，分析反应可知，反应Ⅰ符合“原子经济”，故答案为Ⅰ；

②由表数据可知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆反应是吸热反应，正反应放热反应，即△H1＜0，故答案为＜；

③按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得n(CO)=0.4mol；

CO的转化率=×100%=80%，此时的平衡常数为：K=≈2.041，所以温度为250℃，故答案为80%；250；

(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H1=-1 275.6kJ•mol-1，②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-566.0kJ•mol-1，根据盖斯定律，由[①-②]得CH3OH(l)+O2(g)=CO (g) +2H2O (g) ΔH=- 354.8kJ • mol-1，故答案为CH3OH(l)+O2(g)=CO (g) +2H2O (g) ΔH=- 354.8kJ • mol-1；

(3)根据电解池装置分析可知，Ⅰ为电解池阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑，Ⅲ为电解池阳极，电极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑，同时生成硫酸，则：

A．Ⅲ区生成硫酸，A错误；

B．阳离子向阴极移动，则a为阳离子交换膜，B错误；

C．阳离子向阴极移动，因此Ⅱ区中的K+进入Ⅰ区，C正确；

D．Ⅲ区生成硫酸，pH降低，D错误；

答案选C。