Question

【题目】甲醇是一种优质燃料，在工业上常用CO和H2合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。已知：①CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H1=-283.0kJ/mol

②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H2=-241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-192.2kJ/mol

回答下列问题：

(1)计算CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反应热△H4=________________。

(2)若在绝热、恒容的密闭容器中充入1mol CO、2mol H2，发生CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻为平衡状态的是________(填选项字母)。

(3)T1℃时，在一个体积为5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H2，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，则5min内用H2表示的反应速率为v(H2)=__________。T1℃时，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K=______________。

(4)为了提高燃料的利用率可以将甲醇设计为燃料电池，写出KOH作电解质溶液时，甲醇燃料电池的负极反应式：_____________________。

(5)含有甲醇的废水随意排放会造成水污染，可用ClO2将其氧化为CO2，然后再加碱中和即可。写出处理甲醇酸性废水过程中，ClO2与甲醇反应的离子方程式：_________。

Answer 1

【答案】-574.4 kJ/mol d 0.064mol/(L·min) 625 CH3OH+8OH–-6e–=CO32-+6H2O 5CH3OH+6ClO2=6Cl-+5CO2+6H++7H2O

【解析】

(1)结合热化学方程式和盖斯定律计算，计算①+②×2-③得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的热化学方程式；

(2)a.图1表示t1时刻如果达平衡，正反应速率不变；

b.平衡常数不变，说明体系的温度不变，而在绝热的体系中；

c.一氧化碳与甲醇的物质的量相等；

d.一氧化碳的质量分数不变，说明各物质的质量不变，反应达平衡状态；

(3)根据反应速率为v(H2)=，气体物质的量之比等于气体体积之比，平衡常数随温度变化，K=；

(4)燃料原电池中，燃料失电子发生氧化反应为负极，通入氧气得到电子发生还原反应为正极，电解池中阴极被保护；

(5)根据信息：二氧化氯和甲醇反应，生成Cl-、CO2和水，配平方程式即可。

(1)①CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H1=-283.0kJ/mol

②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H2=-241.8kJ/mol

③CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-192.2kJ/mol

盖斯定律计算①+②×2-③，整理可得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H4=-574.4kJ/mol；

(2)a.图1表示t1时刻如果达平衡，正反应速率不变，而不是随时间间改变而减小，a错误；

b.充入1molCO、2molH2，生成生成物甲醇，放出热量，反应体系的温度升高，K减小，而不是增大，b错误；

c.一氧化碳与甲醇的物质的量相等，而不是平衡状态，c错误；

d.随着反应的进行，一氧化碳的质量减小，一氧化碳的质量分数不变，说明各物质的质量不变，反应达平衡状态，d正确；

故合理选项是d；

(3)T1℃时，在一个体积为5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H2，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，则反应的CO的物质的量为0.8mol，根据方程式中物质转化关系可知，反应消耗1.6molH2，同时生成CH3OH的物质的量为0.8mol，则平衡时CO的物质的量为0.2mol，H2为0.4mol，CH3OH为0.8mol，由于容器的容积为5L，则平衡时，各种物质的浓度c(CO)= 0.04mol/L，c(H2)=0.08mol/L，c(CH3OH)=0.16mol/L。则5min内用H2表示的反应速率为v(H2)==0.064mol/(L·min)；

T1℃时，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K==625；

(4)在甲醇燃料原电池中，甲醇失电子发生氧化反应，所以通入燃料甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；

(5)根据信息：二氧化氯和甲醇反应，生成Cl-、CO2和水，所以反应方程式为：6ClO2+5CH3OH=6Cl-+5CO2+6H++7H2O。