Question

20．碳及其化合物在有機合成、能源開發(fā)等方面具有十分廣泛的應用．
Ⅰ．工業(yè)生產精細化工產品乙二醛（OHC-CHO）
（1）乙醛（CH₃CHO）液相硝酸氧化法
在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，此反應的化學方程式為3CH₃CHO+4HNO₃$\stackrel{Cu（NO_{3}）_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O．該法具有原料易得、反應條件溫和等優(yōu)點，但也存在比較明顯的缺點：生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備．
（2）乙二醛（HOCH₂CH₂OH）氣相氧化法
①已知：2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1，化學平衡常數為K₁
OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1，化學平衡常數為K₂ 
 則乙二醇氣相氧化反應HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）的△H=-406．相同溫度下，該反應的化學平衡常數K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$（用含K₁、K₂的代數式表示）．
②當原料氣中氧醇比為4：3時，乙二醛和副產物CO₂的產率與反應溫度的關系如圖（1）所示．反應溫度在450～495℃之間和超過495℃時，乙二醛產率降低的主要原因分別是升高溫度，主反應平衡逆向移動、溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物．
Ⅱ．副產物CO₂的再利用
（3）一定量的CO₂與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中發(fā)生反應：C（s）+CO₂（g）?2CO（g），平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如圖（2）所示，則下列說法正確的是B．（填字母）
A.550℃時，若充入氫氣，則v_正、v_逆均減小，平衡不移動
B.650℃時，反應達平衡后CO₂的轉化率為25.0%
C．T℃時，若再充入等物質的量的CO₂和CO，平衡向逆反應方向移動
D.925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的呼吸平衡常數K_p=24.0p_總
已知：計算用平衡分壓代替平衡濃度，氣體分壓（p_分）=氣體總壓（p_總）×體積分數

Answer 1

分析 Ⅰ（1）在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，硝酸被還原為NO；生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備；
（2）①已知：Ⅰ．OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1 K₁
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1 K₂
根據蓋斯定律，Ⅱ-Ⅰ可得：HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g），反應熱也進行相應計算，平衡常數為反應Ⅱ與Ⅰ的平衡常數的商；
②主反應HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物；
Ⅱ（3）A．可變的恒壓密閉容器中反應，550℃時若充入惰性氣體，相當于減小壓強，則v_正，v_逆均減小，又該反應是氣體體積增大的反應，則平衡正向移動；
B．由圖可知，650℃時，反應達平衡后CO的體積分數為40%，設開始加入的二氧化碳為1mol，根據三段式進行計算；
C．由圖可知，T℃時，反應達平衡后CO和CO₂的體積分數都為50%即為平衡狀態(tài)；
D．925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數K_p=$\frac{{P（CO）}^{2}}{{P（C{O}_{2}）}^{2}}$，據此計算．

解答 解：（1）在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，硝酸被還原為NO，反應方程式為：3CH₃CHO+4HNO₃$\stackrel{Cu（NO_{3}）_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O，存在比較明顯的缺點是：生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備，
故答案為：3CH₃CHO+4HNO₃$\stackrel{Cu（NO_{3}）_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O；生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備；
（2）①已知：Ⅰ．OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1 K₁
Ⅱ．2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1 K₂
根據蓋斯定律，Ⅱ-Ⅰ可得：HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g），則△H=-484kJ•mol^-1-（-78kJ•mol^-1）=-406kJ•mol^-1，平衡常數K反應Ⅱ與Ⅰ的平衡常數的商，即K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$，故答案為：-406；$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$；
②主反應HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物，使乙二醛產率降低，
故答案為：升高溫度，主反應平衡逆向移動；溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物；
Ⅱ（3）A．可變的恒壓密閉容器中反應，550℃時若充入惰性氣體，相當于減小壓強，則v_正，v_逆均減小，又該反應是氣體體積增大的反應，則平衡正向移動，故A錯誤；
B．由圖可知，650℃時，反應達平衡后CO的體積分數為40%，設開始加入的二氧化碳為1mol，轉化了xmol，
則有C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
開始       1         0
轉化        x         2x
平衡      1-x        2x
所以$\frac{2x}{1-x+2x}$×100%=40%，解得x=0.25mol，則CO₂的轉化率為$\frac{0.25}{1}$×100%=25%，故B正確；
C．由圖可知，T℃時，反應達平衡后CO和CO₂的體積分數都為50%即為平衡狀態(tài)，所以平衡不移動，故C錯誤；
D．925℃時，CO的體積分數為96%，則CO₂的體積分數都為4%，所以用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數K_p=$\frac{{P（CO）}^{2}}{{P（C{O}_{2}）}^{2}}$=$\frac{{（0.96P）}^{2}}{0.04P}$=23.0P，故D錯誤；
故選：B．

點評 本題考查化學平衡常數計算、運用蓋斯定律計算反應熱、新情境下的方程式的書寫、化學平衡圖象分析、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學生具備運用信息與基礎知識分析問題、解決問題的能力．