Question

5．二甲醚是一种重要的化工原料，利用水煤气（CO、H₂）合成二甲醚是工业上的常用方法，该方法由以下几步组成：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1            ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1      ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ•mol^-1      ③
（1）下说法正确的是A
A．反应①的△S＜0、△H＜0，所以能在较低温度下自发进行．
B．反应③的H₂O与CO的生成速率之比为1：1时，表示该反应已经达到平衡状态
C．反应②属于加成反应
（2）反应①合成的甲醇在工业上可以用作燃料电池，请写出甲醇燃料电池（KOH溶液）负极电极反应式CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，电池总反应式2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．
（3）当合成气中CO与H₂的物质的量之比恒定时，温度、压强对CO转化率影响如图1所示，图1中A点的v（逆）＜B点的v（正）（填“＞”、“＜”或“=”），说明理由B点对应的温度和压强都比A点高，温度升高，或压强增大，都会加快反应速率．
（4）一定温度下，密闭容器中发生反应③，该反应的平衡常数表达式k=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；水蒸气的转化率与n（H₂O）∕n（CO）的关系如图2，计算该温度下反应③的平衡常数K=1．在图2中作出一氧化碳的转化率与n（H₂O）∕n（CO）的曲线．

Answer 1

分析 （1）A．根据△G=△H-T△S判断；
B．反应进行到任何时候H₂O与CO的生成速率之比都为1：1；
C．反应②属于取代反应；
（2）燃料电池的负极上是燃料发生失电子发生氧化反应，碱性条件下甲醇被氧化生成碳酸根离子；
（3）B点对应的温度和压强都比A点高，温度升高，或压强增大，都会加快反应速率；
（4）根据化学平衡常数概念写K；由图可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1时水的转化率为0.5，令水、CO的起始物质的量均为1mol，转化的水为0.5mol，则：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        1       0       0
变化量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
由于反应前后气体物质的量不变，用物质的量代替浓度代入K计算，
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的转化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1时，CO与水的转化率相等为50%．

解答 解：（1）A．反应①的△S＜0、△H＜0，根据△G=△H-T△S判断：在较低温度下自发进行，故A正确；
B．反应进行到任何时候H₂O与CO的生成速率之比都为1：1，故B错误；
C．反应②属于取代反应，故C错误；
故答案为：A；
（2）燃料电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，碱性条件下甲醇被氧化生成碳酸根离子，总方程式为2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O；
（3）B点对应的温度和压强都比A点高，温度升高，或压强增大，都会加快反应速率，故A点的v（逆）＜B点的v（正）；
故答案为：＜；B点对应的温度和压强都比A点高，温度升高，或压强增大，都会加快反应速率；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的K=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
由图可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1时水的转化率为0.5，令水、CO的起始物质的量均为1mol，转化的水为0.5mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      1        0       0
变化量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
由于反应前后气体物质的量不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，则平衡常数K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的转化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1时，CO与水的转化率相等为50%，一氧化碳的转化率与$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的曲线变化为：，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；1；．

点评 本题考查化学计算与影响因素、化学平衡图象、平衡状态判断、化学平衡常数、反应自发性等，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，（3）中作图为易错点，学生容易忽略交点时时转化率问题．