问题 问答题

能源问题是人类社会面临的重大课题,甲醇是未来重要的能源物质之一.

(1)合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);图1表示某次合成实验过程中甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度的关系曲线,则该反应的△H______0.(填“>、<或=”下同)

(2)若在230℃时,平衡常数K=1.若其它条件不变,将温度升高到500℃时,达到平衡时,K______1.

(3)在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2,达到平衡时CO的转化率为90%,此时容器内的压强为开始时的______倍.

(4)利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置:

①则该装置中b为______极,写出装置中电解池内发生反应的离子方程式______,

②当铜片的质量变化为12.8g时,a极上消耗的O2在标准状况下的体积为______L.

(5)低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,其中一种技术是将CO2转化成有机物实现碳循环.如:

2CO2(g)+2H2O(l)═C2H4(g)+3O2(g)△H=+1411.0kJ/mol

2CO2(g)+3H2O(l)═C2H5OH(1)+3O2(g)△H=+1366.8kJ/mol

则由乙烯水化制乙醇反应的热化学方程式______.

答案

(1)根据图示信息,当达到化学平衡以后(甲醇含量的最高点),升高温度,甲醇的体积分数减小,说明平衡逆向移动,所以该反应是一个放热反应,故答案为:<;

(2)对于放热反应,升高温度,K减小,故答案为:<;

(3)根据题意得到:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)

初始物质的量(mol)  2.5      7.5        0 

变化的物质的量(mol) 2.25     4.5        2.25

平衡的物质的量 (mol)0.25      3          2.25

所以此时容器内的压强和开始时的比值为:

0.25+3+2.25
2.5+7.5
=0.55,故答案为:0.55;

(4)①由图可知,甲醇燃料电池中通入氧气的为正极,b为电池的负极,后边的烧杯为电解池装置,锌与b相连,则锌极为阴极,Cu为阳极,装置相当于在金属锌上镀铜,锌极:Cu2++2e-=Cu,Cu极:Cu=2e-+Cu2+

故答案为:锌极:Cu2++2e-=Cu,Cu极:Cu=2e-+Cu2+

   ②根据Cu电极反应:Cu=2e-+Cu2+,当铜片的质量变化为12.8g时,转移电子是0.4mol,

a极上电极反应:O2+4e-+2H2O-═4OH-,转移电子是0.4mol时,消耗的O2在标准状况下的体积为2.24L,

故答案为:2.24;

(5)①2CO2(g)+2H2O(l)═C2H4(g)+3O2(g)△H1=+1411.0kJ/mol

②2CO2(g)+3H2O(l)═C2H5OH(1)+3O2(g)△H2=+1366.8kJ/mol

根据盖斯定律反应C2H4(g)+H2O(l)═C2H5OH(l)等于②-①,所以△H=△H2-△H1=-44.2 kJ/mol,

故答案为:C2H4(g)+H2O(l)═C2H5OH,△H=-44.2 kJ/mol.

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