Question

【題目】運用化學反應原理研究碳、氮的單質及其化合物的反應對緩解環境污染、能源危機具有重要意義。

（1）乙醇是一種重要的燃料，工業上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) ΔH，已知乙烯、乙醇的燃燒熱分別是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，則ΔH=_____________。

（2）用Cu2Al2O4作催化劑，一定條件下發生反應：CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)，溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率的關系如圖，回答下列問題：

①200~250℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。

②300~400℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。

（3）甲醇作為一種重要的化工原料。在一定條件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應原理可表示為CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ/mol。向體積為1L的密閉容器中充入3mol CH3OH(g)和3mol CO(g)，測得容器內的壓強(p: kPa) 隨時間(t: min) 的變化關系如圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改變的反應條件是_______________________。

②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ中改變的反應條件是_________________，判斷的理由是________________________。

③反應Ⅰ在5min 時達到平衡，在此條件下從反應開始到達到平衡時v(CH3OH)= ________________。

④反應Ⅱ在2min 時達到平衡，平衡常數K(Ⅱ)= ______________。在體積和溫度不變的條件下，在上述反應達到平衡Ⅱ時，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡_______移動(填“正向”“逆向”或“不”)，原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】 -44.2kJ/mol 催化劑的催化效率升高，化學反應速率加快 溫度升高，化學反應速率加快 加入催化劑 降溫 Ⅲ中達到平衡所需的時間大于Ⅰ，故反應速率減慢，溫度更低或者CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)為放熱反應，降低溫度向正反應方向進行，壓強更小 0.4mol(L·min) 2L/mol 正向 溫度不變， 平衡常數不變，Qc=1<K=2，故反應向正反應方向移動

【解析】（1）工業上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) ΔH，已知乙烯、乙醇的燃燒熱分別是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，由于燃燒熱就是在一定條件下每摩爾可燃物完全燃燒生成穩定氧化物所放出的熱量，所以，ΔH=（-1411.0kJ·mol-1）-（-1366.8 kJ·mol-1）-44.2kJ/mol。

（2）①由圖中信息可知，200~250℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是催化劑的催化效率升高，化學反應速率加快。

②由圖可知，300~400℃時催化劑的催化效率逐漸減小，所以乙酸的生成速率升高的主要原因是溫度升高使化學反應速率加快。

（3）在一定條件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應原理可表示為CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ/mol。該反應是一個氣體分子數減少的放熱反應，隨著正反應的發生，氣體的壓強減小。

①由圖中信息可知，Ⅱ和Ⅰ在平衡狀態下的壓強相同，但是Ⅱ的化學反應速率較大，所以，Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改變的反應條件是加入催化劑。

②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ的平衡氣壓較小，且化學反應速率較慢，所以Ⅲ中改變的反應條件是降溫，判斷的理由是：Ⅲ中達到平衡所需的時間大于Ⅰ，故反應速率減慢，溫度更低（或者CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)為放熱反應，降低溫度向正反應方向進行，壓強更小）。

③反應Ⅰ在5min 時達到平衡，在此條件下從反應開始到達到平衡時，設CH3OH的變化量為x，則CO和HCOOCH3的變化量也是x，CH3OH、CO、HCOOCH3的平衡量分別為3mol-x、3mol-x、x，由圖可知，反應前后的壓強之比為6:4=3:2，所以（3mol+3mol）：（3mol-x +3mol-x+x）=3:2，解之得，x=2mol，因此，v(CH3OH)= 0.4mol(L·min) 。

④反應Ⅱ在2min 時達到平衡，其平衡常數與反應Ⅰ相同，所以平衡常數K(Ⅱ)= 2L/mol。在體積和溫度不變的條件下，在上述反應達到平衡Ⅱ時，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡正向移動，原因是：溫度不變， 平衡常數不變，Qc=1<K=2，故反應向正反應方向移動。