Question

甲醇是一种重要的有机化工原料。

（1）已知：

①C₂H₄(g)+H₂O(g) C₂H₅OH(g)      ΔH₁=-45.5kJ/mol

②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)  ΔH₂=-23.9kJ/mol

③C₂H₄OH(g) CH₃OCH₃(g)         ΔH₃=+50.7kJ/mol

请写出乙烯和水蒸气化合生成甲醇气体的热化学方程式：_____________。

（2）合成甲醇的反应为：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)    ΔH。相同条件下，向容积相同的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入等量的物质的量之比为1:2的CO和H₂的混合气体，改变温度进行实验，测得反应进行到t min时甲醇的体积分数如图甲所示。

①温度升高甲醇的体积分数增大的原因是___________；

②根据图像判断ΔH________________（填“>”、“<”或“=”）0。

（3）某研究小组提出将4CH₃OH+6NO₂+8OH^-=3N₂+4CO₃^2-+12H₂O设计成原电池，以实现污染物的利用，装置如图乙所示（图中电极均为多孔的惰性电极）。

①电极A的名称是_____________。

②写出原电池电极B的电极反应式：___________。

③若用该电池对铁制品表面镀铜，反应一段时间后，铁制品质量增加64g,理论上处理NO₂的质量为________g。

（4）为了研究甲醇转化为二甲醚的反应条件，某研究与小组在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)   ΔH₂=-23.9KJ/mol。

容器编号	温度/℃	起始物质的量/mol	平衡物质的量/mol
CH3OH(g)	CH3OCH3(g)	H2O(g)
Ⅰ	T1	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	T1	0.40	a	a
Ⅲ	T2	0.20	0.090	0.090

①T₁温度下该反应的平衡常数K=_______；反应温度T₁_________T₂（填“大于”或“小于”。）

②容器Ⅱ中a=______。

③下列说法能说明反应达到平衡状态的是___________（填字母）。

A.容器中气体压强不再变化

B.用CH₃OH 和CH₃OCH₃表示的反应速率之比为2:1

C.混合气体的密度不变

D.容器内CH₃OH和CH₃OCH₃的浓度之比为2:1

E.单位时间内生成2molCH₃OH 的同时生成1mol H₂O(g)

Answer

C2H4(g)+2H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+29.1kJ/mol a到c反应未达平衡，温度越高反应速率越快，甲醇的体积分数越大 < 负极 2NO2+4H2O+8e-=N2+8OH- 23 4 大于 0.160 E

【解析】（1）已知：①C2H4(g)+H2O(g)→C2H5OH(g) ΔH1=-45.5kJ/mol，② 2CH3OH(g)→CH3OCH3(g)+H2O(g)  ΔH2=-23.9kJ/mol，③C2H5OH(g)→CH3OCH3(g) ΔH3=+50.7kJ/mol，根据盖斯定律可知①＋③－②即得到乙烯和水蒸气化合生成甲醇气体的热化学方程式为 C2H4(g)+2H2O(g)→2CH3OH(g) ΔH2=+29.1kJ/mol。（2）①根据图像可知a到c反应未达平衡，温度越高反应速率越快，因此甲醇的体积分数越大；②根据图像可判断甲醇含量达到最高后反应达到平衡状态，继续加热甲醇含量降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，因此ΔH＜0。（3）①电极A通入的是甲醇，甲醇失去电子，所以电极的名称是负极。②原电池电极B是正极，NO2达到电子转化为氮气，电解质溶液显碱性，则电极反应式为2NO2+4H2O+8e-=N2+8OH-。③若用该电池对铁制品表面镀铜，反应一段时间后，铁制品质量增加64g，即有1mol析出。电路中转移2mol电子，则根据电子得失守恒可知理论上消耗2mol÷4＝0.5mol，NO2的质量为23g。（4）

① 2CH3OH(g)→CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始浓度（mol/L） 0.20 0 0

转化浓度（mol/L） 0.160 0.080 0.080

平衡浓度（mol/L） 0.040 0.080 0.080

所以T1温度下该反应的平衡常数K=；

起始量相同，平衡时二甲醚是0.090mol，这说明平衡向正反应方向进行。由于正反应是放热反应，所以反应温度T1大于T2；②容器Ⅰ、Ⅱ中温度相同，由于反应前后体积不变，平衡等效，所以a=0.160。③A.由于反应前后体积不变，因此容器中气体压强不再变化不能说明反应达到平衡状态，A错误；B.根据方程式可知用CH3OH 和CH3OCH3表示的反应速率之比始终为2:1，不能说明达到平衡状态，B错误；C.密度是气体的质量和容器容积的比值，反应过程质量和容积均不变，所以混合气体的密度不变不能说明达到平衡状态，C错误；D.容器内CH3OH和CH3OCH3的浓度之比为2:1不能说明正逆反应速率相等，不一定达到平衡状态，D错误；E.单位时间内生成2molCH3OH 的同时生成1mol H2O(g)表示正逆反应速率相等，达到平衡状态，E正确，答案选E。

点睛：（4）是解答的难点，判断a值时注意从等效平衡的角度去分析解答，另外也可以根据温度不变，平衡常数不变，列式进行计算。注意理解等效平衡的含义，所谓等效平衡是指外界条件相同时，同一可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，都可以达到相同的平衡状态。等效平衡的判断及处理一般步骤是：进行等效转化——边倒法，即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量，与题干所给起始投料情况比较。