Question

18．甲醇是重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用十分廣泛．
（1）利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H₂，然后可將H₂與CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇．
已知：光催化制氫：2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ/mol
H₂與CO₂耦合反應(yīng)：3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ/mol
則反應(yīng)：2H₂O（l）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+3/2O₂（g）的△H=719.5 kJ/mol
你認(rèn)為該方法需要解決的技術(shù)問題有ab．
a．開發(fā)高效光催化劑
b．將光催化制取的H₂從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂耦合催化轉(zhuǎn)化
c．二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)
（2）工業(yè)上由甲醇制取甲醛的兩種方法如下（有關(guān)數(shù)據(jù)均為在298K時(shí)測定）：
反應(yīng)Ⅰ：CH₃OH（g）═HCHO（g）+H₂（g）△H₁=+92.09kJ/mol，K₁=3.92×10^-11．
反應(yīng)Ⅱ：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（g）△H₂=-149.73kJ/mol，K₂=4.35×10²⁹．
①從原子利用率看，反應(yīng)（填“I”或“II”．下同）制甲醛的原子利用率更高I．從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看，反應(yīng)II制甲醛更有利．（原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比．）
②如圖1是甲醇制甲醛有關(guān)反應(yīng)的lgK（平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值）隨溫度T的變化．圖中曲線（1）表示II（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）的反應(yīng)．
（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脫氮工藝進(jìn)行處理，在硝化細(xì)菌的作用下將NH₄⁺氧化為NO₃^-（2NH₄⁺+3O₂=2HNO₂+2H₂O+2H⁺；2HNO₂+O₂=2HNO₃）．然后加入甲醇，甲醇和NO₃^-反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體．
①上述方法中，1g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時(shí)需氧的質(zhì)量為4.57 g．
②寫出加入甲醇后反應(yīng)的離子方程式：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺═3N₂+5CO₂+13H₂O

（4）某溶液中發(fā)生反應(yīng)：A?2B+C，A的反應(yīng)速率v（A）與時(shí)間t的圖象如圖2所示．若溶液的體積為2L，且起始時(shí)只加入A物質(zhì)，下列說法錯(cuò)誤的是C
A．圖中陰影部分的面積表示0～2min內(nèi)A的物質(zhì)的量濃度的減小值
B．反應(yīng)開始的前2min，A的平均反應(yīng)速率小于0.375mol?L^-1?min^-1
C．至2min時(shí)，A的物質(zhì)的量減小值介于0.1mol之間
D．至2min時(shí)，B的物質(zhì)的量濃度c（B）介于1～1.5mol?L^-1之間．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，結(jié)合已知熱化學(xué)方程式，計(jì)算求解；根據(jù)所以發(fā)生反應(yīng)需要的條件可知需要解決的技術(shù)問題有：開發(fā)高效光催化劑；將光催化制取的氫從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂催化轉(zhuǎn)化；
（2）①根據(jù)原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比來比較；根據(jù)平衡常數(shù)越大越有利于反應(yīng)的進(jìn)行；
②根據(jù)溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響；
（3）①依據(jù)2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺；2HNO₂+O₂═2HNO₃，定量關(guān)系計(jì)算需要氧氣的量；
②酸性條件下，甲醇和硝酸根反應(yīng)生成兩種兩種無毒氣體，這兩種氣體是二氧化碳和氮?dú)猓�根�?jù)反應(yīng)物和生成物寫出離子方程式；
（4）象中陰影部分的面積的含義是指橫、縱兩坐標(biāo)變化量的乘積，即濃度變化，此圖象中的陰影部分的面積為反應(yīng)物A濃度的減小值（0～2min）；
根據(jù)圖象可知，陰影部分的面積△c（A）的范圍為：0.25 mol?L^-1?min^-1×2min=0.5mol?L^-1＜△c（A）＜0.25 mol?L^-1?min^-1×2min+$\frac{1}{2}$×0.25 mol?L^-1?min^-1×2min=0.75mol?L^-1，由此分析解答．

解答 解：（1）光催化制氫：①2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ•mol^-1
H₂與CO₂耦合反應(yīng)：②3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，把①×3+②×2得方程4H₂O（l）+2CO₂（g）→2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=571.5×3+（-137.8）×2=1438.9kJ•mol^-1；
則反應(yīng)：2H₂O（l）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）的△H=718.9KJ/mol
根據(jù)所以發(fā)生反應(yīng)需要的條件可知需要解決的技術(shù)問題有：開發(fā)高效光催化劑；將光催化制取的氫從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂催化轉(zhuǎn)化，二氧化碳和水供應(yīng)充足，不用考慮；
故答案為：719.5；ab；
（2）①因原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比，反應(yīng)I的原子利用率為$\frac{30}{32}$×100%=93.7%，反應(yīng)II的原子利用率為$\frac{30}{48}$×100%=62.5%；平衡常數(shù)越大越有利于反應(yīng)的進(jìn)行；故答案為：I；II；  
②因溫度升高，反應(yīng)I向正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，反應(yīng)II逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故答案為：II；
（3）①2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺；2HNO₂+O₂═2HNO₃，
2N～2NH₄⁺+～4O₂～2HNO₃，
28         4×32
1g           m
m=4.57g
1g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時(shí)需氧的質(zhì)量為4.57g；
故答案為：4.57；
②酸性條件下，甲醇和硝酸根反應(yīng)生成氮?dú)狻⒍�氧化碳和水，離子方程式為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺═3N₂+5CO₂+13H₂O；
故答案為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺═3N₂+5CO₂+13H₂O；
（4）A．根據(jù)以上分析可知，圖中陰影部分的面積表示0～2min內(nèi)A的物質(zhì)的量濃度的減小值，故A正確；
B．根據(jù)分析可知，A在0～2min濃度變化小于0.75mol/L，則該時(shí)間段A的反應(yīng)速率一定小于：$\frac{0.75mol/L}{2min}$=0.375 mol?L^-1?min^-1，故B正確；
C．圖中陰影部分的面積表示0～2min內(nèi)A的物質(zhì)的量濃度的減小值，不是物質(zhì)的量的減小值，故C錯(cuò)誤；
D．物質(zhì)的量變化與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，則2min時(shí)，B的物質(zhì)的量濃度c（B）介于：0.5mol/L×2=1mol/L～0.75mol/L×2=1.5mol/L之間，故D正確；
故選C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和離子方程式定量計(jì)算，原電池原理的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)影響因素圖象分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．