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5h反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)測得CH₄的濃度變?yōu)?.5 mol/L。該溫度下，反應(yīng)(ii)的平衡常數(shù)K=__________________，反應(yīng)開始至達(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)猓瑢?shí)驗(yàn)測得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，在沒有CO情況下，溫度超過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

（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。對于反應(yīng)（ⅱ）在反應(yīng)開始時(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）在沒有CO情況下，溫度超過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。