(2012•茂名一模)甲醇应用于精细化工,塑料等领域,是基础的有机化工原料和优质燃料.工业上利用H2、CO和CO2等气体

(2012•茂名一模)甲醇应用于精细化工,塑料等领域,是基础的有机化工原料和优质燃料.工业上利用H2、CO和CO2等气体体系在催化剂条件下合成甲醇.
主要反应:①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-91kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ•mol-1
副反应:2CO(g)+4H2(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-206kJ•mol-1
(1)写出反应①平衡常数的表达式
K=
c(CH3OH)
c(CO)•c2(H2)
K=
c(CH3OH)
c(CO)•c2(H2)

(2)工业上可利用CH3OH(g)制备CH3OCH3(g),写出热化学方程式______.
(3)生产中H2和CO按物质的量比为10:1投料,假设在反应容器中投入1mol CO和10mol H2在某温度下反应(只考虑反应①),达到反应限度后,测得甲醇的物质的量分数为5%,计算CO转化率,写出计算过程.______
(4)为寻找原料气中合适的CO2浓度,进行不同的实验,每次实验的压强及H2和CO投料比(物质的量比为10:1)相同,实验情况如图,CO2浓度对CO转化率影响规律是:______,其原因是______.

(5)工业中常用甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式______.
花儿真红 1年前 已收到1个回答 举报

zyyt3344 幼苗

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解题思路:(1)根据反应的方程式和平衡常数的含义分析书写;
(2)根据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减,来构造目标热化学方程式,反应热也乘以相应的数值进行加减;
(3)已知达到反应限度后,测得甲醇的物质的量分数为5%,令转化的CO的物质的量xmol,根据三段式法表示出平衡时各组分的物质的量,再求出x,然后利用转化率定义计算;
(4)根据图象中不同二氧化碳条件下CO的转化率变化趋势分析;CO2与氢气的反应是放热反应,反应后容器中温度升高,而H2和CO的反应也是放热反应,温度升高该反应逆移;
(5)甲醇燃料电池中,负极上甲醇失去电子发生氧化反应,正极上氧气得电子发生还原反应.

(1)已知CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-91kJ•mol-1,则其反应的平衡常数表达是K=
c(CH3OH)
c(CO)•c2(H2),
故答案为:K=
c(CH3OH)
c(CO)•c2(H2);
(2)已知反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-91kJ•mol-1
2CO(g)+4H2(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-206kJ•mol-1
根据盖斯定律:第一个方程反写且计量数乘以2与第二个方程相加即得到目标方程式,所以CH3OH(g)制备CH3OCH3(g)的热化学方程式为2CH3OH (g)⇌CH3OCH3 (g)+H2O(g)△H=-24 kJ•mol-1
故答案为:2CH3OH (g)⇌CH3OCH3 (g)+H2O(g)△H=-24 kJ•mol-1
(3)设转化的CO的物质的量xmol,
CO (g)+2H2(g)⇌CH3OH (g)
初始物质的量(mol) 1 10 0
转化物质的量(mol) x 2xx
平衡物质的量(mol) 1-x 10-2x x
已知达到反应限度后,测得甲醇的物质的量分数为5%,则[x/11−2x]×100%=5% 解得:x=0.5mol,
所以CO的转化率=[0.5mol/1mol]×100%=50%,
故答案为:50%;
(4)由图象可知当二氧化碳浓度越大时,CO的转化率越小;因为CO2与氢气的反应是放热反应,反应后容器中温度升高,而H2和CO的反应也是放热反应,温度升高该反应逆移,则CO的转化率减小,
故答案为:CO2浓度越高CO转化率越低;CO2与氢气的反应是放热反应,CO2浓度越高放出热量越多,反应体系温度也越高,促使平衡向逆方向移动,CO转化率越低;
(5)甲醇燃料碱性电池中,甲醇在负极上发生氧化反应,甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O.

点评:
本题考点: 化学平衡常数的含义;热化学方程式;化学电源新型电池;产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线.

考点点评: 本题考查的知识点较多,题目综合性较强,难度较大,主要考查了平衡常数表达式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算、燃料电池等,在书写电池的电极方程式时要注意电解质对反应产物的影响.

1年前

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