Question

铑基催化剂催化CO加氢合成甲醇(CH₃OH)、乙醛(CH₃CHO)、乙醇等碳的含氧化合物是近年来化学界比较活跃的研究课题之一。

（1）已知：（ⅰ）CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)    △H₁=-90.1kJ/mol

（ⅱ）2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)     △H₂=-24.5kJ/mol

（ⅲ）C₂H₅OH(g)CH₃OCH₃(g)    △H₃=+50.7kJ/mol

则由CO催化加氢制备乙醇气体(另一产物为水蒸汽)的热化学反应方程式为________。

（2）直接甲醇燃料电池(DMFC)成本低、效率高，某研究所尝试用DMFC电解处理含氰电镀废水。调节废水pHl0~12.5，电解过程中，CNˉ先被氧化成CNOˉ(两种离子中氮元素均为-3价)，再进一步氧化为碳酸盐和N₂。

①请写出CNOˉ被氧化的电极反应式________。

②欲处理1m³CNˉ含量为390mg/L的电镀废水，至少需准备________kg甲醇。

（3）在2.0L密闭容器中放入1 molCO与2molH₂，在反应温度T₁时进行如下反应：

CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)，反应时间(t)与容器内气体总物质的量(n)的数据见下表：

时间t/min	0	1	2	3	4	5	6
总物质的量n/mol	3.0	2.7	2.5	2.3	2.1	2.0	2.0

①在0~5min时段，反应速率v(CH₃OH)为________；有利于提高上述反应平衡转化率的条件是________。

A.高温高压  B.低温低压   C.高温低压   D.低温高压

②计算温度T₁时反应的平衡常数K₁________；T₁时达平衡后，改变反应温度为T₂，平衡常数增大，则T₂________T₁(填“大于”“小于”)，判断理由是________。

Answer

2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=-255.4kJ/mol 2CNO-+8OH--6e-=2CO32- +N2↑+4H2O 0.4 0.05mol·L-l·min-1 D 1(L/mol)2 小于 平衡常数增大，说明反应向正方向进行，反应正方向放热，故温度降低

【解析】（1）由CO催化加氢制备乙醇气体(另一产物为水蒸汽)的化学反应方程式为：2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g)，根据已知方程式：（ⅰ）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol（ⅱ）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-24.5kJ/mol

（ⅲ）C2H5OH(g)CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJ/mol 要得到目标方程，则（ⅰ）×2+（ⅱ）-（ⅲ），故目标方程的反应热为：△H=△H1×2+△H2-△H3=-255.4kJ/mol，故热化学方程式为：2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=-255.4kJ/mol；

（2）①根据题意，电解过程中，废水为碱性，CNOˉ（C是+4价、N是-3价）被氧化为碳酸盐和N2，故其电极先写：2CNO-- = 2CO32-+N2↑ C的化合价没变，生成1mol N2，失去6mol电子，2CNO- -6e-= 2CO32- + N2↑，左边缺氧，故左边再加上OH-，右边生成水，故其电极反应为：2CNO-+8OH--6e-=2CO32- +N2↑+4H2O；

②1m3 CNˉ含量为390mg/L的电镀废水中，n（CNˉ）=15mol，处理15mol CNˉ，CNˉ先被氧化成CNOˉ，消耗30mol电子，根据①中电极反应，该电解转移45mol电子，共需要75mol电子，若用甲醇燃料电池做该电解池的电源，1mol甲醇提供6mol电子，故需要12..5mol甲醇，故至少需准备甲醇的质量为12.5400g=0.4kg；

（3） CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol

起始（mol） 1 2 0

转化（mol） x 2x x

5min（mol） 1-x 2-2x x

5min时： 1-x + 2-2x +x =2 x=0.5

反应速率v(CH3OH)= = 0.05mol·L-l·min-1；

由于该反应是放热反应，高温平衡逆向移动，高压平衡正向移动，故要提高反应平衡转化率，则平衡应正向移动，故应选条件为低温高压，故选D；

②温度T1时反应的平衡常数K1===1;

T1时达平衡后，改变反应温度为T2，平衡常数增大，说明平衡正向移动，温度应该降低，故T2小于T1。