Question

19．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醛，主要反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂═-58kJ．mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H
（1）應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；反應(yīng)③的△H=+41kJ•mol^-1
（2）合成氣的組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時(shí)體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1示．圖中壓強(qiáng)
p₁、p₂、p₃由大到小順序?yàn)镻₁＞P₂＞P₃；α（CO）值隨溫度升高而減小，其原因是反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�
（3）工業(yè)生產(chǎn)中需對空氣中的CO進(jìn)行監(jiān)測．
①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗(yàn)空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀，每生成5.3gPd沉淀，反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1N_A ．
②使用電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器定量檢測空氣中CO含量，其模型如圖2所示．這種傳感器利用了原電池原理，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．．
（4）CO與Fe在一定條件下可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物易吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羥基鐵酸二鈉．五羰基鐵吸收H₂的化學(xué)方程式為Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1 ，②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂═-58kJ．mol^-1，利用反應(yīng)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到③的反應(yīng)熱；
（2）由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)升高溫度對反應(yīng)①、③的影響，進(jìn)行分析CO轉(zhuǎn)化率變化原因；
相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子式減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（3）①依據(jù)生成Pd質(zhì)量，結(jié)合PdCl₂～Pd～2e^-，計(jì)算分析；
②依據(jù)原電池原理分析，測定一氧化碳?xì)怏w含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳，原電池的負(fù)極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫負(fù)極電極反應(yīng)；
（4）氫化羰基鐵為二元弱酸，結(jié)合原子守恒分析書寫化學(xué)方程式．

解答 解：（1）應(yīng)①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1 ，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂═-58kJ．mol^-1，
利用反應(yīng)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算②-①得到③的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41KJ/mol，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；+41；
（2）由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減��；
相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，故壓強(qiáng)：P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：P₁＞P₂＞P₃；反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小；
（3）①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗(yàn)空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，物質(zhì)的量=$\frac{5.3mol}{106g/mol}$=0.05mol，依據(jù)PdCl₂～Pd～2e-，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.05mol×2×N_A=0.1N_A，
故答案為：0.1N_A ；
②測定一氧化碳?xì)怏w含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳，原電池的負(fù)極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，酸性介質(zhì)中負(fù)極電極反應(yīng)為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
（4）Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當(dāng)活潑，易于吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉，依據(jù)題干信息推知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO，
故答案為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計(jì)算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡圖象綜合應(yīng)用、原電池原理分析等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．