Question

甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）   
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
①在以上制備甲醇的兩個反應(yīng)中：反應(yīng)Ⅰ優(yōu)于反應(yīng)Ⅱ，原因為

 

．
②對于反應(yīng)Ⅰ，圖1表示能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．

在“圖1”中，曲線

 

（填：“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于

 

（填：“吸熱”、“放熱”）反應(yīng)．在圖2中從反應(yīng)開始到建立平衡，用H₂濃度變化表示的反應(yīng)速率為

 

；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

．
③對于反應(yīng)Ⅱ，在一定溫度時，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的平衡壓強與起始壓強之比為

 

；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

．
a．升高溫度
b．增加CO₂的量
c．充入He，使體系總壓強增大 
d．按原比例再充入CO₂和H₂
（2）甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．實驗室用圖3裝置模擬上述過程．
①陽極電極反應(yīng)式為

 

．
②除去甲醇的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①比較反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ，從反應(yīng)物是否完全轉(zhuǎn)化比較二者的優(yōu)劣；
②根據(jù)圖象的變化趨勢判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向和影響因素，依據(jù)物質(zhì)能量變化分析反應(yīng)熱量變化；圖2分析計算一氧化碳的反應(yīng)速率，依據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算氫氣表示的反應(yīng)速率；依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)概念計算平衡常數(shù)；
③依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，平衡氣體物質(zhì)的量和起始壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比計算得到；增加甲醇產(chǎn)率，應(yīng)使平衡正向進(jìn)行；
（2）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-═Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平寫出：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答： 解：（1）①反應(yīng)I中反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化，原子利用率為100%，符合“原子經(jīng)濟性”的原則，
故答案為：反應(yīng)Ⅰ符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100%；
②分析圖1可知反應(yīng)能量變化b圖象是使用催化劑降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率；圖象分析反應(yīng)物能量高于生成物的能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)；圖2分析計算一氧化碳的反應(yīng)速率v（CO）=

1.0mol/L-0.25mol/L

10min

=0.075mol/L?min，由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可知，氫氣表示的反應(yīng)速率為v（H₂）=2v（CO）=0.075mol/L?min×2=0.15mol/L?min，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  1.0      4        0
變化量（mol/L）  0.75     1.5      0.75
平衡量（mol/L）  0.25     2.5      0.75
依據(jù)平衡常數(shù)概念計算平衡常數(shù)K=

0.75

0.25×2．52

=0.48；
故答案為：b；放熱；0.15mol/L?min；0.48；
③對于反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在一定溫度時，將1mol CO₂年和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為a，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 1       3          0         0
變化量（mol） a       3a         a        a
平衡量（mol）1-a     3-3a        a         a
則容器內(nèi)的平衡壓強與起始壓強之比=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=1-

a

2

；
a．由①可知，該反應(yīng)放熱，升溫，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲醇產(chǎn)率減小，故錯誤；
b．增加CO₂的量，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲醇產(chǎn)率增大，故正確；
c．充入He，使體系總壓強增大，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動，故錯誤
d．按原比例再充入CO₂和H₂，由等效平衡可知平衡正向移動，甲醇產(chǎn)率增大，故正確；
故答案為：1-

a

2

；bd；
（2）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-═Co³⁺，
故答案為：Co²⁺-e^-═Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評：本題考查了化學(xué)平衡的分析應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)計算應(yīng)用，原電池原理、電解原理分析和電極反應(yīng)書寫方法，題目難度中等．