解题思路:(1)根据盖斯定律将已知的热化学方程式变形运算求目标反应的热化学反应方程式;
(2)①根据表中2min和4min时各种物质的浓度的变化量,依据转化量之比等于方程式计量系数之比可求出x值;
②该反应的平衡常数表达式K=
[C
H
3
OH]
[CO][
H
2
]
2
,将在250℃下,将4min时各物质平衡浓度带入计算;
③根据6min到8min时各物质浓度的变化来确定改变条件;
④求出第8min时反应的浓度商Qc,与250℃时K做比较,若Qc=K反应达到平衡状态;
⑤反应条件的选择既要考虑限度又要考虑速率,二者应兼顾;
(3)根据反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O推知CH3OH(g)+H2O
通电
.
CO2(g)+3H2(g),分析各物质中元素的化合价判断氧化反应和还原反应,阳极上发生的是氧化反应,结合电解方程式推断阳极产物,写出电极反应式.
(1)①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H1=-90.1kJ/mol
②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(l)△H2
③CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H3=-41.1kJ/mol
④H2O(l)=H2O(g)△H4=+44.0kJ/mol
由盖斯定律可知②=①-③-④,△H2 =△H1-△H3-△H4=-90.1kJ/mol-(-41.1kJ/mol)-(+44.0kJ/mol)=)-93.0 KJ/mol;
故答案为:-93.0 KJ/mol;
(2)①从图中可知从2min到4min时各物质的转化量为:△C(CO):△C(H2):△C(CH3OH)=(0.07-0.06):(X-0.12):(0.04-0.03)
化学反应中各物质的转化量之比等于方程式的计量系数得:(0.07-0.06):(X-0.12):(0.04-0.03)=1:2:1,解得X=0.14,
故答案为:0.14;
②250℃下,甲醇的平衡浓度是0.06mol/L,氢气的平衡浓度是0.12mol/L,一氧化碳的平衡浓度是0.04mol/L所以平衡常数K=
[CH3OH]
[CO][H2]2=[0.04/0.06×0.12×0.12];
故答案为:[0.04/0.06×0.12×0.12];
③对比6min和8min时各物质的浓度可知改变条件后反应反应向正方向进行,按照转化量之比等于计量系数之比△C(CO):△C(H2):△C(CH3OH)=0.01mol/L:0.02mol/L:0.01mol/L,所以8min后三种物质的浓度应为:(0.06-0.01)mol/L、(0.12-0.02)mol/L、(0.04+0.01)mol/L,而8min后氢气的浓度为0.2mol/L,所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氢气;
故答案为:增加了1 mol氢气;
④第8min时反应的浓度商Qc=
C(CH3OH)
C(CO)C(H2)2=[0.05mol/L/0.05mol/L×0.2mol/L×0.2mol/L]=[1/0.04]≠K,所以此时不是平衡状态,故答案为:不是;
⑤从反应限度角度考虑:该反应而该反应为放热反应,温度过高,转化率降低;从速率角度考虑:温度低,反应速率慢,单位时间内的产量低,为提高经济效应,反应速率和限度应兼顾,所以选择温度一般控制在240~270℃;
故答案为:温度低,反应速率慢,单位时间内的产量低;而该反应为放热反应,温度过高,转化率降低;
(3)根据CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(l)△H2=-93.0 KJ/mol是一个放热,熵减小的反应,推知在通电条件下,可以发生CH3OH(l)+H2O(l)
电解
.
CO2(g)+3H2(g).该反应中碳元素化合价由甲醇中-2价升高到二氧化碳中的+4价被氧化发生氧化反应;甲醇中的氢元素和水中的氢元素化合价由+1价降到0价被还原发生还原反应,电解池阳极发生氧化反应,电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=6H++CO2↑,
故答案为:CH3OH+H2O-6e-=6H++CO2↑.
点评:
本题考点: 用盖斯定律进行有关反应热的计算;化学平衡的影响因素;化学平衡的计算;电解原理.
考点点评: 本题考查了盖斯定律求反应热,化学平衡移动的影响因素和化学平衡常数的计算和应用,电解池电极反应式的书写,题目综合性强,涉及知识是高考中常考的内容,难度较大.