Question

【题目】I.(1)电化学降解NO3-的原理如图1所示，电源正极为_____ (填“a”或“b”)； 阴极电极反应式为____.

Ⅱ.工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2) 在催化剂的作用下合成甲醇。已知298K 和101KPa 条件下:

2H2(g)+O2(g)= 2H2O(1) ΔH1= -571.6kJ/mol

CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) ΔH2= -283.0kJ/mol

CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -726.5kJ/mol

(2)则CO(g)+2H2 (g) CH3OH(1) ΔH=____kJ/mol

(3)已知:CH3OH(1) =CH3OH(g) ΔH=+35.2kJ/mol；

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)平衡常数K 随温度变化关系的曲线为图2 中的______(填曲线标记字母Ⅰ或II)。

(4)维持反应温度为510K，以n(H2)/n(CO)=2:1充入一定量的原料气于1 L容器中，在上述条件下充分反应，t1时刻达到平衡测得容器中c(CH3OH)=2mol/L.则平衡时CO 转化率=______；若维持反应温度为520K，其它条件不变，请在图3中画出c(CO)在0~t1时刻变化曲线。__________________

(5)20世纪90年代，化学家研制出新型催化剂: 碱金属的醇盐及溶剂用于合成甲醇。图4是在该新型催化剂作用下，研究温度、压强对合成甲醇的影响。由图可知适宜的反应温度、压强分别为_____ (填字母)。

温度A.90-150℃ B.200-260℃ C.300-360℃ D.400-460℃

压强E.0.1~1MPa F.3~5 MPa G.8~10MPa H.15~20MPa

Answer 1

【答案】 a 2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O ΔH=-128.1kJ/mol I 97.56% (或97.6%或98%) A、F

【解析】I.(1)硝酸根离子得电子生成氮气，则b相连的电极为阴极，所以b为负极，a为正极，阴极上的反应为：2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑；故答案为：a；2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑；

Ⅱ. (2) ①2H2(g)+O2(g)= 2H2O(1) ΔH1= -571.6kJ/mol，②CO(g)+ O2(g)= CO2(g) ΔH2= -283.0kJ/mol，③CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -726.5kJ/mol，根据盖斯定律，将①+②-③得：CO(g)+2H2 (g) CH3OH(1) ΔH=(-571.6kJ/mol)+(-283.0kJ/mol)- (-726.5kJ/mol)=-128.1kJ/mol，故答案为：-128.1；

(3) ①CO(g)+2H2 (g) CH3OH(1) ΔH=-128.1kJ/mol，②CH3OH(1) =CH3OH(g) ΔH=+35.2kJ/mol；根据盖斯定律，①+②得，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-92.9 kJ/mol，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，因此平衡常数K 随温度变化关系的曲线为图2 中的I，故答案为：I；

(4)设开始时充入的氢气和一氧化碳的物质的量分别为2x，x，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

开始(mol/L) x 2x 0

反应(mol/L) 2 4 2

平衡(mol/L) x-2 2x-4 2

510K时K=4×103，则=4×103，解得x=2.05mol，CO 转化率=×100%=97.56%；若维持反应温度为520K，温度升高，平衡逆向移动，平衡是CO的浓度增大，建立平衡需要的时间减少，图像为，故答案为：97.56%；；

(5)根据反应方程式CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-92.9 kJ/mol，温度越高，CO的转化率越低，压强越大，CO的转化率越大；根据图像，温度在90-150℃左右，压强在3~5 MPa时，CO的转化率已经较高，再增大压强，对设备的要求增大，成本升高，故选AF。