Question

【题目】“一碳化学”是指以研究分子中只含有一个碳原子的化合物(如CO、CO2、CH3OH等)为原料合成一系列化工产品的化学。

(一)工业上，在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH

(1)已知：CH3OH(l)=CH3OH (g) ΔH=+35.2 kJ·mol-1，根据下表：

物质	H2(g)	CO(g)	CH3OH(l)
燃烧热/kJ·mol-1	-285.8	-283.0	-726.5

反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH=_____ kJ·mol-1。

(2)向2L恒容密闭容器中通入1molCO(g)和2molH2(g)，发生反应合成甲醇，反应过程中n(CH3OH)与时间(t)及温度的关系如图所示。在500℃恒压条件下，请在图中画出反应体系中n(CH3OH)与时间(t)变化总趋势图________。

(二)CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应：

反应I：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1= -48.5kJ·mol-1

反应II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2= +41.2kJ·mol-1

(3)控制CO2和H2初始投料比为1:3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO的产率的影响如图所示：

①由图可知温度升高CO产率上升，其主要原因是_____。

②由图可知获取甲醇最适宜的温度是_____。

(4)控制CO2和H2初始投料比为1:1.6，在300℃时，反应I已达到平衡状态，CO2的转化率为50%，甲醇的选择性为60%，此时容器体积为1.0L，若CO2初始加入量为2.0mol，则反应I的平衡常数是_____。

(三)以甲醇为主要原料电化学合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]的反应原理如下：4CH3OH+2CO+O22(CH3O)2CO+2H2O

(5)由图可知B极为电源_____(填“正”或“负”)极，阳极电极反应式是_____。

Answer 1

【答案】-92.9 反应II为吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO产率升高 250℃ 0.60 负 4CH3OH+2CO-4e-=2(CH3O)2CO+4H+

【解析】

（1）根据表中信息，①H2(g)+ O2(g)= H2O（l）ΔH=-285.8kJ/mol，②CO(g)+O2(g)= CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol，③CH3OH(l)+ O2(g)= 2H2O（l）+ CO2(g) ΔH=-726.5kJ/mol，④CH3OH(l)=CH3OH (g) ΔH=+35.2 kJ·mol ②+2①-③+④即可；

（2）图中信息可知，在500℃时恒容的密闭容器中，反应2min时达到平衡状态；若在500℃恒压条件下，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应中的气体物质的量不断减小，则相当于恒容时增大压强减小体积，则反应速率增大，达到平衡状态时的浓度增大；

（3）①CO由反应II产生，反应II为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则CO的产率上升；

②由图可知甲醇的产率在250℃时达到最高值；

（4）若CO2初始加入量为2.0mol，控制CO2和H2初始投料比为1:1.6，则氢气初始量为3.2mol，CO2的转化率为50%，甲醇的选择性为60%，二氧化碳的反应总量为1mol，0.6mol发生反应I，0.4mol发生反应II，生成甲醇为0.6mol，水蒸汽0.6mol，消耗氢气1.8mol，反应II消耗氢气0.4mol，氢气剩余1mol；生成水蒸气0.4mol，则容器中，二氧化碳剩余1mol，氢气1mol，甲醇0.6mol，水蒸气1mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)中，此时容器为1L，则K=0.61/（1）=0.6；

（5）B电极通入氧气生成水，则化合价由0变为-2，得电子，则为电解池的阴极，则电池B极为负极；阳极失电子生成碳酸二甲酯和氢离子，则电极反应式：4CH3OH+2CO-4e-=2(CH3O)2CO+4H+；

（1）根据表中信息，①H2(g)+ O2(g)= H2O（l）ΔH=-285.8kJ/mol，②CO(g)+O2(g)= CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol，③CH3OH(l)+ O2(g)= 2H2O（l）+ CO2(g) ΔH=-726.5kJ/mol，④CH3OH(l)=CH3OH (g) ΔH=+35.2 kJ·mol ②+2①-③+④即可得到ΔH=-92.9kJ/mol；

（2）图中信息可知，在500℃时恒容的密闭容器中，反应2min时达到平衡状态；若在500℃恒压条件下，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应中的气体物质的量不断减小，则相当于恒容时增大压强减小体积，则反应速率增大，达到平衡状态时的浓度增大，其图像为：；

（3）①CO由反应II产生，反应II为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则CO的产率上升，答案为：反应II为吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO产率升高；

②由图可知甲醇的产率在250℃时达到最高值，则最适宜的温度为250℃；

（4）若CO2初始加入量为2.0mol，控制CO2和H2初始投料比为1:1.6，则氢气初始量为3.2mol，CO2的转化率为50%，甲醇的选择性为60%，二氧化碳的反应总量为1mol，0.6mol发生反应I，0.4mol发生反应II，生成甲醇为0.6mol，水蒸汽0.6mol，消耗氢气1.8mol，反应II消耗氢气0.4mol，氢气剩余1mol；生成水蒸气0.4mol，则容器中，二氧化碳剩余1mol，氢气1mol，甲醇0.6mol，水蒸气1mol，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)中，此时容器为1L，则K=0.61/（1）=0.6；

（5）B电极通入氧气生成水，则化合价由0变为-2，得电子，则为电解池的阴极，则电池B极为负极；阳极失电子生成碳酸二甲酯和氢离子，则电极反应式：4CH3OH+2CO-4e-=2(CH3O)2CO+4H+；