Question

發展“碳一化學”，開發利用我國相對豐富的煤炭資源具有重要的戰略意義和經濟價值。下面是以焦炭為原料，經“碳一化學”途徑制取乙二醇的過程：

（1）該過程中產生的的CO可繼續與水蒸氣發生可逆反應得到CO₂和H₂，此反應的平衡常數表達式K =____________。

（2）CH₃OH(l)氣化時吸收的熱量為27 kJ/mol，CH₃OH(g)的燃燒熱為677 kJ/mol，請寫出CH₃OH(l)完全燃燒的熱化學方程式_________________。

（3） “催化還原”反應制乙二醇原理如下：

CH₃OOC-COOCH₃(g)+4H₂(g)  HOCH₂-CH₂OH(g)+2CH₃OH(g)  △H = -34 kJ/mol

為探究實際生產的最佳條件，某科研小組進行了多方面研究。下圖表示乙二醇達到平衡時的產率隨原料投料比[n(氫氣)/n(草酸二甲酯)]和壓強的變化關系，其中三條曲線分別表示體系壓強為1.5 MPa、2.5 MPa、3.5 MPa的情況，則曲線甲對應的壓強是P(甲)=___________。

（4）草酸二甲酯水解產物草酸（H₂C₂O₄）為二元中強酸

① 草酸氫鉀溶液中存在如下平衡：

H₂OH⁺+OH^-、HC₂O₄^-H⁺+C₂O₄^2-和            。

② 向0.1 mol/L的草酸氫鉀溶液里滴加NaOH溶液至中性，此時溶液里各粒子濃度關系正確的是           （填序號）。

a．c(K⁺) = c(HC₂O₄^-) + c(H₂C₂O₄) + c(C₂O₄^2-)

b．c(K⁺) + c(Na⁺) = c(HC₂O₄^-) + c(C₂O₄^2-)

c．c(Na⁺) = c(H₂C₂O₄) + c(C₂O₄^2-)

d．c(K⁺) > c(Na⁺)   

（5）以甲醇為原料，使用酸性電解質構成燃料電池，該燃料電池的負極反應式為               ;若以甲烷代替該燃料電池中的甲醇，向外界提供相等電量，則每代替32 g甲醇，所需標準狀況下的甲烷的體積為               L。

 

Answer 1

【答案】

（14分）

（1）K=

（2）CH₃OH(l) +3/2O₂(g) = CO₂(g)+2H₂O(l)  ∆H = -650 kJ /mol

（3）3.5 MPa

（4）① HC₂O₄^-+H₂O H₂C₂O₄+OH^-    ② a d

（5）CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺          16.8

【解析】

試題分析：

（2）① CH₃OH(l)= CH₃OH(g)  ∆H = 27 kJ /mol

② CH₃OH(g)+3/2 O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)  ∆H = -677 kJ /mol

①+② 得 CH₃OH(l) +3/2O₂(g) = CO₂(g)+2H₂O(l)  ∆H = -650 kJ /mol

（3）壓強越大，速率越大，達平衡所需的時間越短，甲的時間最短，對應的壓強最大，為3.5 MPa

（4）①HC₂O₄^- 既有電離又有水解。②a為物料守恒，正確；b為電荷守恒，錯誤，正確的為c（H⁺）+c(K⁺) + c(Na⁺) = c(HC₂O₄^-) + 2c(C₂O₄^2-)+c（OH^-）；c錯誤；向0.1 mol/L的草酸氫鉀溶液里滴加NaOH溶液至中性，草酸氫鉀溶液呈酸性，若草酸氫鉀和NaOH溶液恰好反應，生成K₂C₂O₄和Na₂C₂O₄，它們水解呈堿性，要呈中性，應是草酸氫鉀>NaOH，即c(K⁺) > c(Na⁺)，d正確，選a d 。

（5）總： CH₃OH+3/2O₂= CO₂+2H₂O  酸性電解質的正極反應式：3/2O₂+6 H⁺+6e^-=3 H₂O   

負極反應式=總-正極反應式  得：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

CH₄ +2H₂O -8e^-= CO₂+8 H⁺   ，32 g甲醇相當于1mol ，有6 mol電子轉移，提供相等電量，需3/4 mol CH₄，V=nVm=3/4*22.4= 16.8(L)

考點：本題考查平衡常數，蓋斯定律，平衡移動，溶液里的離子平衡，溶液里的離子濃度比較，原電池的電極反應等知識。