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）△H₁
原料氣氫氣
（Ⅱ）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂
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）△H₃
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1L的密閉容器中加入1mol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(cè)得CH₄的濃度變?yōu)?.5mol?L^-1．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(cè)得NO轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如圖所示，由圖象可知，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

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡建立的過程

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）乙醇不完全燃燒生成一氧化碳和水，戊烷不完全燃燒生成一氧化碳和水，空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥烹姺磻?yīng)生成一氧化氮；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），能夠提高氫氣轉(zhuǎn)化率的措施是改變條件使平衡正向進(jìn)行，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（3）依據(jù)（Ⅰ）（Ⅲ）熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到CO（g）與H₂（g）為原料合成乙醇的熱化學(xué)方程式；
（4）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），分析圖標(biāo)數(shù)據(jù)平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)，反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
（5）高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；最佳溫度應(yīng)為NO的轉(zhuǎn)化率最高時(shí)．

解答： 解：（1）乙醇不完全燃燒生成一氧化碳和水，戊烷不完全燃燒生成一氧化碳和水，空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥烹姺磻?yīng)生成一氧化氮，燒產(chǎn)生有毒氣體CO、NO的所有反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH₃CH₂OH+2O₂

點(diǎn)燃

2CO+3H₂O；2C₅H₁₂+11O₂

點(diǎn)燃

10CO+12H₂O； N₂+O₂

放電  .

2NO；
故答案為：CH₃CH₂OH+2O₂

點(diǎn)燃

2CO+3H₂O；2C₅H₁₂+11O₂

點(diǎn)燃

10CO+12H₂O； N₂+O₂

放電  .

2NO；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），能夠提高氫氣轉(zhuǎn)化率的措施是改變條件使平衡正向進(jìn)行；
a．反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；         
b．加催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．增大CO₂的濃度，會(huì)提高氫氣轉(zhuǎn)化率，故c正確；
d．及時(shí)分離體系中的乙醇，減少生成物，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
故答案為：acd；
（3）（Ⅰ）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H₁
（Ⅲ）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律（Ⅰ）+2（Ⅲ）得到CO（g）與H₂（g）為原料合成乙醇的熱化學(xué)方程式2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=△H₁+2△H₃；
故答案為：△H₁+2△H₃ ；
（4）分析圖標(biāo)數(shù)據(jù)平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)△H＞0；
依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)，反應(yīng)速率概念計(jì)算得到； 某溫度下，向容積為1L的密閉容器中加入1mol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(cè)得CH₄的濃度變?yōu)?.5mol?L^-1．            
                CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）  1        1         0       0
變化量（mol/L）  0.5      0.5       0.5     0.5
變化量（mol/L）  0.5      0.5       0.5     0.5
K=

0.5×0．53

0.5×0.5

=6.75；
反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)氫氣的反應(yīng)速率v（H₂）=

0.5mol/L

5h

=0.1mol/L?h；
故答案為：＞；6.75；0.1mol/L?h；
（5）①升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，約900℃時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為較大，850℃以上時(shí)轉(zhuǎn)化率增大幅度較小，則應(yīng)控制在850℃，
故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；850℃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)反應(yīng)與能量變化、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算應(yīng)用，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，注意把握影響化學(xué)平衡的因素，難度中等．