Question

以CO₂为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点，下面为CO₂加氢制取低碳醇的热力学数据：
反应Ⅰ： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)          ?H = —49．0  kJ·mol^-1
反应Ⅱ：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)     ?H = —173．6 kJ·mol^-1
（1）写出由CH₃OH(g)合成CH₃CH₂OH(g)的热化学反应方程式：                     
（2）对反应Ⅰ，在一定温度下反应达到平衡的标志是     （选填编号)
a．反应物不再转化为生成物 b．平衡常数K不再增大
c．CO₂的转化率不再增大 d．混合气体的平均相对分子质量不再改变　
（3）在密闭容器中，反应Ⅰ在一定条件达到平衡后，其它条件恒定，能提高CO₂转化率的措施是    （选填编号）

A．降低温度

B．补充CO2

C．加入催化剂

D．移去甲醇

（4）研究员以生产乙醇为研究对象，在密闭容器中，按H₂与CO₂的物质的量之比为3:1进行投料，在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数（y%）如下图所示。表示CH₃CH₂OH组分的曲线是     ；图中曲线Ⅱ和Ⅲ的交点a对应的体积分数y_a=     %（计算结果保留三位有效数字）

(5)一种以甲醇作燃料的电池示意图如图。写出该电池放电时负极的电极反应式：                     。

Answer 1

（1）2CH₃OH(g)  CH₃CH₂OH(g) +H₂O(g) ?H = —75．6  kJ·mol^-1（3分）
（2）cd（2分）  
(3)AD（2分）  
(4) Ⅳ（2分）  18．8（3分）
(5)CH₃OH－6e^－＋3O^2－＝CO₂↑＋2H₂O(3分)

解析试题分析：（1）根据盖斯定律，将反应Ⅰ×2，然后用反应Ⅱ减去反应Ⅰ×2即得所求方程式。所以由CH₃OH(g)合成CH₃CH₂OH(g)的热化学反应方程式2CH₃OH(g)  CH₃CH₂OH(g) +H₂O(g) ?H = —75．6  kJ·mol^-1
（2）a、化学平衡是动态平衡，反应一直进行，错误；b、温度不变，化学平衡常数不变，所以一定温度下的平衡常数一直不变，错误；c、反应开始时二氧化碳的转化率一直升高，达平衡时转化率不再升高，正确；d、该反应是反应前后气体的物质的量改变的可逆反应，气体总质量不变，所以混合气体的平均相对分子质量一直在变化，达平衡时不再变化，正确，答案选cd。
（3）提高CO₂转化率也就是使平衡正向移动，A、降温，平衡向放热反应方向移动，正反应为放热反应，所以平衡正向移动，正确；B、补充二氧化碳只能提高氢气的转化率，本身的转化率降低，错误；C、加入催化剂对平衡无影响，错误；D、移走甲醇，使生成物浓度减小，平衡正向移动，正确，答案选AD。
（4）升高温度，平衡逆向移动，二氧化碳与氢气的含量增大，乙醇与水的含量减小，反应开始时按H₂与CO₂的物质的量之比为3:1进行投料，所以生成的乙醇与水的物质的量比仍为1:3，即水的含量是乙醇含量的3倍，所以表示CH₃CH₂OH组分的曲线是Ⅳ；曲线曲线Ⅱ和Ⅲ分别代表二氧化碳、水，当二者的体积分数相同时，体积也相同，设它们的体积都是V，根据投料比，氢气的体积是二氧化碳的3倍为3V，乙醇的体积是水的1/3，即1/3V，所以总体积是V+V+3V+1/3V=16V/3，则a点对应的体积分数y_a=V/16V/3×100%=18．75%；保留3位有效数字是18．8%。
（5）甲醇燃料电池中在负极发生氧化反应的是甲醇，结合正极产生的氧负离子生成二氧化碳和水，电极反应式CH₃OH－6e^－＋3O^2－＝CO₂↑＋2H₂O
考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡的判断及勒夏特列原理的应用，图像的分析，体积分数的计算，电化学理论的应用