Question

18．數十年來，化學工作者對碳的氧化物做了廣泛深入的研究并取得了一些重要成果．在高溫高壓下CO具有極高的化學活性，能與多種單質或化合物反應．
（1）工業上常采用水蒸氣噴到灼熱的炭層上實現煤的氣化（制得CO、H₂），該反應的化學方程式是C+H₂O=CO+H₂
（2）上述煤氣化過程中需向炭層交替噴入空氣和水蒸氣，噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；反應生成的氣體在加熱、催化劑作用條件下可合成液體燃料甲醇，該反應的化學方程式為CO+2H₂$\frac{\underline{\;一定溫度\;}}{催化劑}$CH₃OH．
（3）一定條件下，CO與H₂可合成甲烷，反應方程式為：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O （g）該條件下，該反應能夠自發進行的原因是該反應△H＜0．
（4）CO-空氣燃料電池中使用的電解質是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-．該電池正極的電極反應式為O₂+4e^-=2O^2-．
（5）工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，反應方程式為：
CH₃OH（g）+CO（g）$?_{加熱}^{催化劑}$HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ•mol^-1
科研人員對該反應進行了研究，部分研究結果如下：

①根據反應體系的壓強對甲醇轉化率的影響并綜合考慮生產成本因素，工業制取甲酸甲酯應選擇的壓強為b．
a．3.5×10⁶Pa   b．4.0×10⁶Pa   c．5.0×10⁶Pa
②實際工業生產中采用的溫度是80℃，其理由是溫度低于80℃，反應速率較小；溫度高于80℃，升溫對反應速率影響較小，且該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，轉化率降低．

Answer 1

分析 （1）水蒸氣噴到灼熱的炭層上發生反應生成CO和H₂；
（2）根據（1）煤和水蒸氣的反應生成一氧化碳和氫氣要吸熱，故噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；一氧化碳和氫氣，在一定條件下合成甲醇，據此書寫方程式；
（3）依據自發進行的判斷依據△H-T△S＜0分析；
（4）CO一空氣燃料電池，氧氣在正極得電子發生還原反應；
（5）①依據轉化率曲線分析判斷；
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答．

解答 解：（1）水蒸氣噴到灼熱的炭層上發生反應生成CO和H₂，則該反應的化學方程式是C+H₂O=CO+H₂，故答案為：C+H₂O=CO+H₂；
（2）根據（1）煤和水蒸氣的反應生成一氧化碳和氫氣要吸熱，故噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；
一氧化碳和氫氣在一定條件下合成甲醇的原理為：CO+2H₂$\frac{\underline{\;一定溫度\;}}{催化劑}$CH₃OH；
故答案為：讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；CO+2H₂$\frac{\underline{\;一定溫度\;}}{催化劑}$CH₃OH；
（3）CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反應△S＜0，依據自發進行的判斷依據△H-T△S＜0，所以△H＜0，故答案為：該反應△H＜0；
（4）CO一空氣燃料電池，氧氣在正極得電子發生還原反應，電解質是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-，該電池正極的電極反應式為：O₂+4e^-=2O^2-，故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；
（5）①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，圖象中轉化率較大的是4.0×10⁶Pa，故選：b；
②依據圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大，反應是放熱反應，溫度過高，平衡逆向進行，不利于轉化率增大，所以實際工業生產中采用的溫度是80℃，故答案為：80℃；溫度低于80℃，反應速率較小；溫度高于80℃，升溫對反應速率影響較小，且該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，轉化率降低．

點評 本題主要考查了電極方程式及其化學方程式的書寫、圖象分析判斷，題目難度中等，重在培養學生能夠利用化學知識提取題干的信息進行答題的能力，綜合性強，難度較大．