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，某科研機構研究利用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．氣缸工作時進行的反應較多，寫出燃燒產生有毒氣體CO、NO的所有反應的化學方程式：________________________。

（2）反應(i)中能夠提高氫氣轉化率的措施有____。

A．增大壓強????? B．加催化劑?????? C．增大CO2的濃度????? D．及時分離體系中的乙醇

（3）利用CO合成乙醇是目前工業(yè)生產較為成熟的工藝。已知下列熱化學方程式：

（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方程式：___________________（焓變用H1、H3表示）。

（4）反應(ii)中的甲烷和水蒸氣是在特定的催化劑表面上進行的，該反應在不同溫度下的化學平衡常數如下表：

?? 由此推知反應(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，經過5h反應達到平衡狀態(tài)，此時測得CH4的濃度變?yōu)?/span>0.5 mol/L。該溫度下，反應(ii)的平衡常數K=__________________，反應開始至達到平衡時氫氣的反應速率v(H2)=_________。

（5）機動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轉化為氮氣，實驗測得NO轉化為氮氣的轉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的轉化率減小，造成這種現(xiàn)象的原因可能是___________________________；在NO和CO物質的量之比為1：1的情況下，應控制的最佳溫度為__________________左右。

 

Answer 1

【答案】

（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分解反應是放熱反應，達平衡后，溫度升高，則平衡逆向移動??? 850K（810－880K均正確）

【解析】

試題分析：（1）燃料CH3CH2OH、C5H12不完全燃燒會產生CO。其反應方程式為：CH3CH2OH＋2O22CO＋3H2O??? 2C5H12＋11O210CO＋12H2O在氣缸內產生NO的方程式為：N2＋O22NO。（2）反應（i）的正反應為氣體體積減小的反應。所以要提高氫氣轉化率可以通過增大反應物CO2的濃度、減小生成物乙醇的濃度或增大壓強等措施來實現(xiàn)。由于催化劑能同等倍數的改變正反應、逆反應的速率，所以平衡不發(fā)生移動。乙醇選項為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，化學平衡常數增大。即：升高溫度，化學平衡向正反應方向移動。根據平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。正反應方向為吸熱反應。所以反應(ii)的焓變ΔH2>0。對于反應（ⅱ）在反應開始時，c(CH4)=1mol/L;c(H2O)=1mol/L. c(CO)= c(H2)=0.當反應達到平衡時，c(CH4)= 0.5 mol/L;c(H2O)= 0.5 mol/L， c(CO)= 0.5 mol/L? ；c(H2)= 1.5 mol/L。所以化學平衡常數為：。從反應開始至達到平衡時氫氣的反應速率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的轉化率減小，造成這種現(xiàn)象的原因可能是NO分解反應是放熱反應，達平衡后，溫度升高，則平衡逆向移動，導致分解率降低。由圖像可以看出在NO：CO=1:1時NO的轉化率隨溫度的升高而增大。當溫度在850K時NO的轉化率最大。所以應控制的最佳溫度為850K左右。

考點：考查化學反應方程式、熱化學方程式的書寫、化學平衡移動、化學平衡常數的計算及反應條件的選擇等知識。