Question

甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有着广泛的应用。

（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）

反应Ⅱ：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

①在以上制备甲醇的两个反应中：反应Ⅰ优于反应Ⅱ，原因为_________________。

②对于反应Ⅰ，下图甲表示能量的变化；图乙表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时闻峦化。

在“图甲”中，曲线__________（填：“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于________（填：“吸热”、“放热”）反应。在图乙中从反应开始到建立平衡，用H₂浓度变化表示的反应速率为_____________；该温度下CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）的化学平衡常数为__________.

③对于反应Ⅱ，在一定温度时，将lmol CO₂年和3mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为a，则容器内的平衡压强与起始压强之比为__________；若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是____________。

a．升高温度

b．增加CO₂的量

c．充入He，使体系总压强增大

d．按原比例再充入CO₂和H₂

（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种  污染，其原理是：通电后，将Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用下图装置模拟上述过程。

①阳极电极反应式为____________。

②除去甲醇的离子方程式为________________。

 

Answer 1

【答案】

（14分）（1）①反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%（1分）

②b（1分）  放热（1分）  0.15mol/(L·min)（2分）  12（1分）③1－（2分）  bd（2分）

（2）①C_O^2＋－e^－＝C_O^3＋（2分）

②6 C_O^3＋＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6 C_O^2＋＋6H^＋（2分）

【解析】

试题分析：（1）①根据反应I和反应Ⅱ的生成物可知，反应I中生成物只有一种，而反应Ⅱ中还有水生成，即反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%，所以反应Ⅰ优于反应Ⅱ。

②根据图像甲可知，曲线b的活化能低于曲线a的活化能，所以曲线b表示使用了催化剂；同样根据图像甲可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以反应是放热反应；根据图像乙可知，反应进行到10min是反应达到平衡状态，此时生成的甲醇浓度是0.75mol/L，则根据反应I可知，消耗氢气的浓度是1.5mol/L，所以氢气表示的反应速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min)；平衡时氢气的浓度是2mol/L－1.5mol/L＝0.5mol/L，所以根据CO和甲醇的平衡浓度可知，该温度下反应的平衡常数K＝＝12。

③                  CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

起始量（mol/L）      1          3             0          0

转化量（mol/L）      a          3a             a         a

平衡量（mol/L）    1－a      3－3a             a         a

则根据压强之比是相应的物质的量之比可知

容器内的平衡压强与起始压强之比为＝1－

a．因正反应放热，升高温度可使平衡向逆反应方向移动，不能增加甲醇产率，故a不正确；

b．增加CO₂的量，平衡向正反应方向移动，所以可以增加甲醇产率，故b正确；

c．充入He，使体系总压强增大，对于参加反应的物质来说，浓度不变，平衡不移动，甲醇产率不变，故c错误；

d．按原比例再充入CO₂和H₂压强增大，平衡向正反应方向移动，可以增加甲醇产率，故d正确。

答案选bd。

（2）①原电池中阳极失去电子，所以根据装置图可知，C_O^2＋在阳极失去电子，阳极电极反应式为C_O^2＋－e^－＝C_O^3＋。

②Co^3＋做氧化剂，能把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，反应的离子方程式是6 C_O^3＋＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6 C_O^2＋＋6H^＋。

考点：考查绿色化学、反应热的判断、反应速率和平衡常数的计算、外界条件对平衡状态的影响、电解池的有关应用和电极反应式的书写