Question

7．生物質(zhì)資源是一種污染小的可再生能源，可由其制得多種化工原料，如甲醛、甲醇和二甲醚等．
（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）﹦2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0KJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．
（2）由生物質(zhì)能獲得的CO和H₂，可以合成多種有機(jī)物．當(dāng)CO和H₂以物質(zhì)的量之比1：1進(jìn)行催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，合成的物質(zhì)可能是cd
a．汽油        b．甲醇            c．甲醛            d．乙酸
（3）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
①下列對(duì)該反應(yīng)的有關(guān)說(shuō)法不正確的是a
a．當(dāng)v（CO）=2v（H₂）時(shí)，該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)
b．恒溫恒壓下，容器內(nèi)氣體的密度不再改變時(shí)，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
c．在原平衡體系中充入一定量的氦氣，平衡可能發(fā)生移動(dòng)
d．恒溫恒壓下，改變反應(yīng)物的投入量，△H的值不發(fā)生變化
e．溫度一定時(shí)，縮小容器的體積，平衡將向右移動(dòng)，c（CO）將變大
②若在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO、2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4molH2
CH3OH平衡時(shí)濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	a1	a2	a3

下列判斷正確的是ac．
a．c₃＞2c₁=2c₂
b．Q₁+Q₂=90.8   Q₃=2Q₁
c．K₁=K₂=K₃
d．a(chǎn)₂+a₃＜100%
（4）CO和H₂催化合成二甲醚的反應(yīng)為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），一定溫度下，在1L密閉容器中充入3molH₂和3molCO進(jìn)行反應(yīng)，若用p_o表示該體系開(kāi)始時(shí)的總壓強(qiáng)，p表示平衡時(shí)的總壓強(qiáng)，則平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3（p-{p}_{0}）}{2{p}_{0}}$×100%（用p_o、p的式子表示）
（5）如圖為綠色電源“直接二甲醚燃料電池”工作原理示意圖，a電極的反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律和化合反應(yīng)的定義和特點(diǎn)判斷，主要是利用反應(yīng)前后原子的種類(lèi)不變，其數(shù)目必保持不變分析判斷；
（3）①a．v（CO）=2v（H₂）不滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比；
b．恒溫恒壓下，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，體積不變，則容器內(nèi)氣體的密度不變；
c．在原平衡體系中充入一定量的氦氣，平衡不移動(dòng)；
d．△H的值與投入量無(wú)關(guān)；
e．溫度一定時(shí)，縮小容器的體積，平衡向體積減小的方向移動(dòng)；
②甲容器反應(yīng)物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，平衡時(shí)CH₃OH的濃度c₁=c₂ 、α₁+α₂=1、Q₁+Q₂能量總變化相當(dāng)于1molCO.2molH₂完全轉(zhuǎn)化成1mol CH₃OH的能量，即吸放熱Q₁+Q₂數(shù)值上就等于90.8kJ；甲容器反應(yīng)物投入量1molCO、2molH₂與丙容器反應(yīng)物投入量2molCO、4molH₂，若恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡，然而現(xiàn)在是溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器，可以當(dāng)成是在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，體積受到了壓縮，原反應(yīng)正向氣體體積減少，由平衡移動(dòng)原理，則相較于甲容器（或假設(shè)狀況）而言，丙容器平衡向正向移動(dòng)，也就是說(shuō)，丙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器還要大一些．因此2c₁＜c₃、α₂＜α₃，反應(yīng)在相同溫度下進(jìn)行，平衡常數(shù)相等．
（4）設(shè)轉(zhuǎn)化率為x，
則                3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
起始（mol）     3               3                       0                0
轉(zhuǎn)化（mol）   3x              3x                    x                  x
平衡（mol）  3-3x              3-3x               x                   x
物質(zhì)的之比等于壓強(qiáng)之比，可計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
（5）a極甲醚被氧化生成水和二氧化碳，為原電池的負(fù)極．

解答 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以該反應(yīng)的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（2）“綠色化學(xué)”能實(shí)現(xiàn)零排放，即反應(yīng)物中的原子利用率達(dá)到100%，也就是說(shuō)反應(yīng)類(lèi)型一般是化合反應(yīng)，且反應(yīng)后產(chǎn)物中的各原子數(shù)目比不變，CO和H₂在一定條件下按照不同的比例反應(yīng)，可假定反應(yīng)時(shí)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1：1，則只要各選項(xiàng)中的化學(xué)式能化為形式（CO）_n（H₂）_n，都是正確的，汽油是混合物，甲醇（CH₄O）可變?yōu)椋–O）₁（H₂）₂，甲醛（CH₂O）可變?yōu)椋–O）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可變?yōu)椋–O）₂（H₂）₂，故答案為：cd；
（3）①a．v（CO）=2v（H₂）不滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．恒溫恒壓下，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，體積不變，則容器內(nèi)氣體的密度不變，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．在原平衡體系中充入一定量的氦氣，參加反應(yīng)氣體的濃度不變，則平衡不移動(dòng)，故c正確；
d．△H的值與投入量無(wú)關(guān)，故d正確；
e．溫度一定時(shí)，縮小容器的體積，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正向移動(dòng)，故e正確；
故答案為：a；
②甲容器反應(yīng)物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，平衡時(shí)CH₃OH的濃度c₁=c₂ 、α₁+α₂=1、Q₁+Q₂能量總變化相當(dāng)于1molCO.2molH₂完全轉(zhuǎn)化成1mol CH₃OH的能量，即吸放熱Q₁+Q₂數(shù)值上就等于90.8kJ；甲容器反應(yīng)物投入量1molCO、2molH₂與丙容器反應(yīng)物投入量2molCO、4molH₂，若恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡，然而現(xiàn)在是溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器，可以當(dāng)成是在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，體積受到了壓縮，原反應(yīng)正向氣體體積減少，由平衡移動(dòng)原理，則相較于甲容器（或假設(shè)狀況）而言，丙容器平衡向正向移動(dòng)，也就是說(shuō)，丙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器還要大一些．因此2c₁＜c₃、α₂＜α₃，反應(yīng)在相同溫度下進(jìn)行，平衡常數(shù)相等，
a．由以上分析可知c₃＞2c₁=2c₂，故a正確；
b．由以上分析可知丙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器還要大一些，則Q₃＞2Q₁，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，故c正確；
d．由以上分析可知α₁+α₂=1，α₁＜α₃，則a₂+a₃＞100%，故d錯(cuò)誤．
故答案為：ac；
（4）設(shè)轉(zhuǎn)化率為x，
則                3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
起始（mol）     3               3                       0                0
轉(zhuǎn)化（mol）   3x              3x                    x                  x
平衡（mol）  3-3x              3-3x               x                   x
物質(zhì)的之比等于壓強(qiáng)之比，則$\frac{3-4x}{6}$=$\frac{{p}_{0}}{p}$，
x=$\frac{3（p-{p}_{0}）}{2{p}_{0}}$×100%．
故答案為：$\frac{3（p-{p}_{0}）}{2{p}_{0}}$×100%；
（5）由圖知在a電極二甲醚與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，故a電極的反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查等效平衡，化學(xué)平衡的計(jì)算，化學(xué)電源新型電池等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，難度較大，注意化學(xué)平衡的計(jì)算是本題的難點(diǎn)．