Question

乙醇是一種可燃性液體，按一定比例混合的乙醇汽油是一種新型清潔車用燃料，某科研機(jī)構(gòu)研究利用CO2合成乙醇的方法：

（i）2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH1

原料氣氫氣

（ii）CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)?? ΔH2

回答下列問(wèn)題：

（1）使用乙醇汽油（汽油用戊烷代替）燃料時(shí)．氣缸工作時(shí)進(jìn)行的反應(yīng)較多，寫出燃燒產(chǎn)生有毒氣體CO、NO的所有反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________。

（2）反應(yīng)(i)中能夠提高氫氣轉(zhuǎn)化率的措施有____。

A．增大壓強(qiáng)????? B．加催化劑?????? C．增大CO2的濃度????? D．及時(shí)分離體系中的乙醇

（3）利用CO合成乙醇是目前工業(yè)生產(chǎn)較為成熟的工藝。已知下列熱化學(xué)方程式：

（iii）CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)?? ΔH3

寫出以CO(g)與H2(g)為原料合成乙醇的熱化學(xué)方程式：___________________（焓變用H1、H3表示）。

（4）反應(yīng)(ii)中的甲烷和水蒸氣是在特定的催化劑表面上進(jìn)行的，該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如下表：

?? 由此推知反應(yīng)(ii)的焓變H2________0（填“>”、“=”或“<”）。某溫度下，向容積為1 L的密閉容器中加入1 mol甲烷和1mol水蒸氣，經(jīng)過(guò)5h反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)測(cè)得CH4的濃度變?yōu)?/span>0.5 mol/L。該溫度下，反應(yīng)(ii)的平衡常數(shù)K=__________________，反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)氫氣的反應(yīng)速率v(H2)=_________。

（5）機(jī)動(dòng)車在改用乙醇汽油后，并不能減少氮氧化物的排放。使用合適的催化劑可使NO轉(zhuǎn)化為氮?dú)�，�?shí)驗(yàn)測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如下圖所示：

由圖像可知，在沒(méi)有CO情況下，溫度超過(guò)775K，NO的轉(zhuǎn)化率減小，造成這種現(xiàn)象的原因可能是___________________________；在NO和CO物質(zhì)的量之比為1：1的情況下，應(yīng)控制的最佳溫度為__________________左右。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH3CH2OH＋2O22CO＋3H2O ;2C5H12＋11O210CO＋12H2O? N2＋O22NO

（2）A C D

（3）2CO(g)＋4H2(g)=CH3CH2OH(g)＋H2O(g) ΔH1+2ΔH3

（4）>? 6.75? 0.3mol/( L·h)

（5）NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，達(dá)平衡后，溫度升高，則平衡逆向移動(dòng)??? 850K（810－880K均正確）

【解析】

試題分析：（1）燃料CH3CH2OH、C5H12不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生CO。其反應(yīng)方程式為：CH3CH2OH＋2O22CO＋3H2O??? 2C5H12＋11O210CO＋12H2O在氣缸內(nèi)產(chǎn)生NO的方程式為：N2＋O22NO。（2）反應(yīng)（i）的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)。所以要提高氫氣轉(zhuǎn)化率可以通過(guò)增大反應(yīng)物CO2的濃度、減小生成物乙醇的濃度或增大壓強(qiáng)等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于催化劑能同等倍數(shù)的改變正反應(yīng)、逆反應(yīng)的速率，所以平衡不發(fā)生移動(dòng)。乙醇選項(xiàng)為ACD。（3）①＋③×2，整理可得：2CO(g)＋4H2(g)=CH3CH2OH(g)＋H2O(g) ΔH1+2ΔH3。（4）由圖像可以看出：升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)增大。即：升高溫度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)。所以反應(yīng)(ii)的焓變ΔH2>0。對(duì)于反應(yīng)（ⅱ）在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，c(CH4)=1mol/L;c(H2O)=1mol/L. c(CO)= c(H2)=0.當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，c(CH4)= 0.5 mol/L;c(H2O)= 0.5 mol/L， c(CO)= 0.5 mol/L? ；c(H2)= 1.5 mol/L。所以化學(xué)平衡常數(shù)為：。從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)氫氣的反應(yīng)速率v(H2)=Δc/Δt=1.5mol/L÷5h=0.3mol/( L·h). （5）在沒(méi)有CO情況下，溫度超過(guò)775K，NO的轉(zhuǎn)化率減小，造成這種現(xiàn)象的原因可能是NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，達(dá)平衡后，溫度升高，則平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致分解率降低。由圖像可以看出在NO：CO=1:1時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大。當(dāng)溫度在850K時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率最大。所以應(yīng)控制的最佳溫度為850K左右。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)方程式、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫、化學(xué)平衡移動(dòng)、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及反應(yīng)條件的選擇等知識(shí)。