Question

10．甲醇是一种重要的化工原料．有着重要的用途和应用前景．
（1）工业生产甲醇的常用方法是：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
已知：2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O （l）△H=-571.6kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O （g）△H=-241.8kJ•mol^-1
①H₂的燃烧热△H=-285.8KJ/mol．
②若在恒温恒容的容器内进行反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有AD（填字母）
A．CO百分含量保持不变      B．容器中H₂浓度与CO浓度相等
C．容器中混合气体的密度保持不变   D．CO的生成速率与CH₃OH的生成速率相等
（2）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：
①甲醇蒸汽重整法．
主要反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）．已知：同温同体积时，气体的压强与物质的量成正比．设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol CH₃OH（g），体系压强为P₁，在一定条件下达到平衡时，体系压强为P₂，且P₂/P₁=2.2，请计算该条件下平衡时H₂的物质的量及CH₃OH的转化率．（要求在答题卡上写出计算过程）
②甲醇部分氧化法．
在一定温度下以Ag/CeO₂-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图所示．则当$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.25时．CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为：2CH₃OH+O_{2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$} 2HCHO+2H₂O．在制备H₂时最好控制$\frac{n（{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$=0.5．

Answer 1

分析 （1）①燃烧热是1mo可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量；
②平衡标志是反应的正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变；
（2）①反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是△H-T△S＜0，反应是熵增加的反应；
②当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应为甲醇的催化氧化生成甲醛，反应的方程式为：2CH₃OH+O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O；依据图象分析制备氢气时最好是n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5；

解答 解：（1）①根据燃烧热概念，结合热化学方程式，2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ/mol，氢气的燃烧热为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O （l）△H=-285.8kJ/mol，所以氢气的燃烧热为285.8KJ/mol，△H=-285.8KJ/mol，
故答案为：-285.8KJ/mol；
②恒温恒容的容器内进行反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
A、平衡状态各组分的含量不变，证明反应达到平衡，故A正确；
B、氢气和一氧化碳的起始量和消耗量决定，容器中H₂浓度与CO浓度相等不能证明反应达到平衡，故B错误；
C、混合气体的密度=$\frac{气体质量}{气体体积}$，反应过程中气体质量守恒，容器体积相同，密度不变，不能证明反应达到平衡，故C错误；
D、化学反应速率之比等于化学方程式中计量数之比，CO的生成速率与CH₃OH的生成速率相等，说明正逆反应速率相同，故D正确；
故答案为：AD；
（2）①CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
起始量/mol  0.60          0      0
转化量/mol   x           x      2x
平衡量/mol  0.60-x        x      2x
气体压强之比等于气体物质的量之比，$\frac{0.60-x+x+2x}{0.60}$=2.2
解得x=0.36
n（H₂）_平=0.36mol×2=0.72mol
CH₃OH的转化率=$\frac{0.36mol}{0.60mol}$×100%=60%，
答：该条件下平衡时H₂的物质的量为0.72mol，CH₃OH的转化率为60%；
②当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应为甲醇的催化氧化生成甲醛，反应的方程式为：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O；依据图象分析，在制备H₂时最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5时氢气生成最多，
故答案为：2CH₃OH+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2HCHO+2H₂O；0.5；

点评 本题考查了燃烧热概念，热化学方程式书写，盖斯定律的应用，化学反应平衡的标志判断，图象分析应用，原电池电极反应书写方法，题目难度中等．