Question

【題目】以C、CO、CO2、CH4等含1個(gè)碳原子的物質(zhì)為原料，可以合成一些化工原料和燃料。

（1）碳原子的核外電子排布式是___，其最外層有___種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。

（2）上述物質(zhì)中屬于非極性分子的是___。

（3）合成氣（CO和H2)在不同催化劑的作用下，可以合成不同的物質(zhì)。

①用合成氣制備二甲醚時(shí)，還產(chǎn)生了一種常溫為液態(tài)的氧化物，寫(xiě)出制備二甲醚的化學(xué)方程式____。

②僅用合成氣為原料不可能合成的物質(zhì)是___(填字母序號(hào))。

a.甲醇 b.乙二醇 c.乙二酸 d.尿素

工業(yè)上可用CO2生產(chǎn)燃料甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q（Q>0）。在2L的密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)：測(cè)得n(CO2)和n(CH3OH）隨時(shí)間變化如圖所示。

（4）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=___，如果平衡常數(shù)K減小，平衡___(填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”)移動(dòng)。

（5）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，H2的平均反應(yīng)速率v（H2）=___。

（6）為了提高CH3OH的產(chǎn)量，理論上可以采取的合理措施有___、___（任寫(xiě)2條措施）。

（7）常溫常壓下，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出369.2kJ的熱量，寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式___。

Answer 1

【答案】1s22s22p2 4 CO2、CH4 2CO+4H2→CH3OCH3+H2O cd K= 向逆反應(yīng)方向 0.1125mol/(L·min) 將CH3OH液化，及時(shí)移走 適當(dāng)增大壓強(qiáng) CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-738.4 kJmol-1

【解析】

(1)碳原子的核電荷數(shù)是6，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為；

(2)不同元素原子之間存在極性鍵，分子內(nèi)正負(fù)電荷中心重合的分子為非極性分子，特別注意由極性鍵構(gòu)成的分子不一定是極性分子；

(3)①用CO和H2制備二甲醚時(shí)，還產(chǎn)生了一種常溫為液態(tài)的氧化物，應(yīng)為H2O，結(jié)合原子守恒寫(xiě)出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式；

②根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后元素種類不變進(jìn)行分析；

(4)化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比；溫度改變，平衡常數(shù)改變，且改變溫度平衡正向移動(dòng)時(shí)，平衡常數(shù)增大；

(5)圖示可知反應(yīng)中反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)CO2的變化物質(zhì)的量為1.0mol-0.25mol=0.75mol，由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知H2的變化物質(zhì)的量為0.75mol×3=2.25mol，結(jié)合v(H2)=計(jì)算；

(6)為了提高CH3OH的產(chǎn)量，理論上應(yīng)該采取措施促進(jìn)平衡正向移動(dòng)即可；

(7)25℃，1.01×105Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇的物質(zhì)的量為=0.5mol，則0.5mol液態(tài)甲醇完全燃燒，生成液態(tài)水，放出369.2kJ的熱量，依據(jù)書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式的方法寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。

(1)碳原子的核電荷數(shù)是6，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為，則碳原子的核外電子排布式是1s22s22p2，其最外層有4個(gè)電子，即有4種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子；

(2)C是單質(zhì)，構(gòu)成微粒是原子，不存在分子；CO是雙原子分子，含有極性鍵且是極性分子；CO2是直線型分子，CH4是正四面體結(jié)構(gòu)，兩者分子結(jié)構(gòu)中電荷的分布是均勻的，對(duì)稱的，均為非極性分子；

(3)①用CO和H2制備二甲醚時(shí)，還產(chǎn)生了一種常溫為液態(tài)的氧化物，應(yīng)為H2O，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO+4H2=CH3OCH3+H2O；

②根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后元素種類不變進(jìn)行分析；

②a．甲醇的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3OH ，分子式為CH4O，可看成是CO和H2按物質(zhì)的量之比1:2合成甲醇，故a正確；

b．乙二醇的分子式為C2H6O2，可看成是CO和H2按物質(zhì)的量之比2:3合成乙二醇，故b正確；

c．乙二酸的分子式為C2H2O4，則CO和H2無(wú)法按一定物質(zhì)的量之比合成乙二酸，故c錯(cuò)誤；

d．尿素分子式為CON2H4，合成氣CO和H2中不含氮元素，則CO和H2無(wú)法合成尿素，故d錯(cuò)誤；

故答案為cd；

(4)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=；平衡常數(shù)K減小，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的限度降低，平衡向逆反應(yīng)方向；

(5)圖示可知反應(yīng)中反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)CO2的變化物質(zhì)的量為1.0mol-0.25mol=0.75mol，由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知H2的變化物質(zhì)的量為0.75mol×3=2.25mol，則從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，H2的平均反應(yīng)速率v(H2)===0.1125mol/(L·min)；

(6)為提高CH3OH的產(chǎn)量，改變條件促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，可以是將CH3OH液化，及時(shí)移走或適當(dāng)增大壓強(qiáng)；

(7)25℃，1.01×105Pa時(shí)，16g 液態(tài)甲醇物質(zhì)的量為0.5mol，完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時(shí)，放出369.2kJ的熱量，1mol甲醇完全燃燒生成液態(tài)水釋放的能量為369.2kJ×2=738.4kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-738.4 kJmol-1。