Question

【題目】合成氣(CO、H2)是一種重要的化工原料氣。合成氣制取有多種方法，如煤的氣化、天然氣部分氧化等。回答下列問題：

I.合成氣的制取

(1)煤的氣化制取合成氣。

已知：①H2O(g)=H2O(l) △H=－44kJ/mol；

②部分物質(zhì)的燃燒熱：

則反應(yīng)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)的△H=___________kJ/mol。

(2)天然氣部分氧化制取合成氣。

如果用O2(g)、H2O(g)、CO2(g)混合物氧化CH4(g)，欲使制得的合成氣中CO和H2的物質(zhì)的量之比為1︰2，則原混合物中H2O(g)與CO2(g)的物質(zhì)的量之比為___________。

Ⅱ.利用合成氣合成乙醇

在一定條件下，向容積為2L的恒容密閉容器中投入2 mol CO和4molH2，發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)。

(1)寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式___________。

(2)下列情況能作為判斷反應(yīng)體系達(dá)到平衡的標(biāo)志是___________(填序號)。

a.壓強(qiáng)不再變化 b.平均摩爾質(zhì)量不再變化 c.密度不再變化

(3)反應(yīng)起始壓強(qiáng)記為p1、平衡后記為p2，平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為___________。(用含p1、p2的代數(shù)式表示)

Ⅲ.合成乙醇的條件選擇

為探究合成氣制取乙醇的適宜條件，某科研團(tuán)隊(duì)對不同溫度、不同Rh質(zhì)量分?jǐn)?shù)的催化劑對CO的吸附強(qiáng)度進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖。CO的非離解吸附是指CO尚未乙醇化，離解吸附是指CO已經(jīng)乙醇化。

由此可見催化劑溫度對CO吸附強(qiáng)度的影響是___________；用Rh作催化劑，合成氣制取乙醇的適宜溫度是___________。

Answer 1

【答案】+ 131. 3 2 : 1 K=c(H2O)c( CH3CH2OH) /[c2(CO)c4(H2 )] ab 3(p1-p2)/ 2p1 100% 在低溫區(qū)，溫度升高、不同催化劑對CO的吸附強(qiáng)度均增大；在高溫區(qū)，溫度升高、不同催化劑對CO的吸附強(qiáng)度均減�。幌嗤瑴囟认�，催化劑中Rh質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，CO的吸附強(qiáng)度越大 550

【解析】

I. (1)根據(jù)已知條件可寫出熱化學(xué)方程式: ①H2O(g)= H2O(l)△H=-44 kJ/ mol;②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5 kJ/ mol;③CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ/ mol ;④H2(g)+1/2 O2(g)= H2O(l) △H=-285.8 kJ/ mol; 則①+②-③-④為C(s)+ H2O(g)= CO(g)+H2(g) △H =+ 131.3 kJ/mol。答案：+ 131.3。

(2)制得的合成氣中n(CO) : n(H2)=1 : 2，要求O2(g)、H2O(g)、CO2(g)、CH4(g)混合物里n(C) : n(H)=1 : 4；由于CH4(g)中n(C) :n(H)=1 : 4，則n(H2O) : n(CO2)=2 : 1。答案：2:1。

Ⅱ. (1)由反應(yīng)的化學(xué)方程可知，平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=c(H2O)·c(CH3CH2OH)/[c2(CO)·c4(H2 )]

(2)溫度、容積一定時(shí)，壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比，而該反應(yīng)為化學(xué)計(jì)量數(shù)改變的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)減小，直到平衡時(shí)壓強(qiáng)為定值，故a正確；平均摩爾質(zhì)量M=m/n，m不變、M不變，則n不變，已達(dá)平衡，故b正確；=m/V，m、V不變，ρ恒為定值，故c錯誤。答案：ab。

(3)在反應(yīng)2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)中，減少的氣體物質(zhì)的量等于參加反應(yīng)H2的物質(zhì)的量，設(shè)轉(zhuǎn)化率為a(H2)，故4a(H2):(2+4)=(p1-p2):p1，解得a(H2)=3(p1-p2)/2p1 100%。答案：3(p1-p2)/2p1 100%。

Ill.分析圖像可知，催化劑對CO的吸附分非離解吸附和離解吸附兩種。圖像表明，無論何種吸附，①溫度對CO的吸附強(qiáng)度的影響是：在低溫區(qū)，溫度升高、CO的吸附強(qiáng)度增大；在高溫區(qū)，溫度升高、CO的吸附強(qiáng)度減小。②催化劑中Rh質(zhì)量分?jǐn)?shù)對CO的吸附強(qiáng)度的影響是：相同溫度下，催化劑中Rh質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高、CO的吸附強(qiáng)度越大。從圖中可知，合成乙醇的適宜溫度需控制在CO離解吸附強(qiáng)度最大處即550℃。答案：在低溫區(qū)，溫度升高、不同催化劑對CO的吸附強(qiáng)度增大；在高溫區(qū)，溫度升高、不同催化劑對CO的吸附強(qiáng)度減�。幌嗤瑴囟认�，催化劑中Rh質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高、CO的吸附強(qiáng)度越大；550℃。