Question

隨著能源與環境問題越來越被人們關注，碳一化學（C1化學）成為研究的熱點．“碳一化學”即以單質碳及CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等含一個碳原子的物質為原料合成工業產品的化學與工藝．
（1）將CO₂轉化成有機物可有效實現碳循環．CO₂轉化成有機物的例子很多，如：
a．6CO₂+6H₂O

太陽光  .

C₆H₁₂O₆
b．CO₂=3H₂

催化劑

△

CH₃OH+H₂O
c．CO₂+CH₄

催化劑

△

CH₃COOHd．2CO₂+6H₂

催化劑

△

CH₂=CH₂+4H₂
在以上屬于人工轉化的反應中，原子利用率最高的是

 

（填序號）．
（2）CO可用于合成甲醇．在壓強0.1MPa條件下，在體積為bL的密閉容器中充入amolCO和2amolH₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．平衡時CO的轉化率與溫度、壓強的關系如圖．
①該反應屬于

 

反應（填“吸熱”或“放熱”）．若一個可逆反應的平衡常數K值很大，對此反應的說法正確的是

 

（填序號）．
a．反應使用催化劑意義不大
b．該反應發生將在很短時間內完成
c．該反應達到平衡時至少有一種反應物百分含量很小
d．該反應一定是放熱反應
②100℃時，該反應的平衡常數K=

 

（用a，b的代數式表示）．
（3）二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用．工業上可利用煤的氣化產物（水煤氣）合成二甲醚．
①工業上利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
a．2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.8kJ．mol^-1
b．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ．mol^-
c．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.3kJ．mol
總反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

．
②對于反應b，在溫度和容積不變的條件下，能說明該反應已達到平衡狀態的是

 

（填字母）．
a．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O）
b．容器內壓強保持不變
c．H₂O（g）的濃度保持不變
d．CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1
（4）以KOH溶液為電解質，用二甲醚-空氣組成燃料，其中負極的電極反應式為

 

．
（5）C1化合物在治理汽車尾氣方面也大有可為，如CO、CH₄等在一定條件下均可以與氮氧化物生成無污染的物質．寫出CO與氮氧化物（NO_x）在有催化劑的條件下反應的化學方程式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡建立的過程,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題

分析：（1）原子利用率最高的是把所有的反應物全部轉化為產物；
（2）①由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉化率降低，故升高溫度平衡向逆反應移動，據此判斷；②
利用三段式計算出平衡時各組分的物質的量，進而求出平衡時各組分的濃度，代入平衡常數計算；
（3）①利用蓋斯定律計算；
②當化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發生變化，由此衍生的一些物理性不變，以此解答該題；
（4）燃料電池中，負極上失電子發生氧化反應，注意介質的參與；
（5）氮氧化物和一氧化碳反應生成氮氣和二氧化碳，根據化合價升降相等配平．

解答： 解：（1）a、CO₂轉化為C₆H₁₂O₆之外還有氧氣產生，故a錯誤；
b、CO₂轉化為CH₃OH有水產生，故b錯誤；
c、CO₂和CH₄反應全部轉化為劑CH₃COOH，故c正確；
d、CO₂和H₂反應生成乙烯之外還有水的生成，故d錯誤；
故選c；
（2）①由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉化率降低，故升高溫度平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應；
a．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應在通常條件下一定可以發生，該反應可能需要催化劑才可以進行，故a錯誤；
b．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該條件下反應速率很快，故b錯誤；
c．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，反應達平衡時至少有一種反應物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應是吸熱還是放熱，故d錯誤，
故答案為：放熱；c；
②100℃，平衡時CO的轉化率為0.5，所以參加反應的CO的物質的量為0.5amol．
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開始（mol）：a       2a         0
變化（mol）：0.5a    a         0.5a
平衡（mol）：0.5a    a          0.5a
平衡（mol/L）

0.5a

b

   

a

b

        

0.5a

b

100℃時該反應的平衡常數k=

0.5a b

0.5a b ×( a b )2

=

b2

a2

，故答案為：

b2

a2

；
（3）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應方程式，則△H=-90.8kJ?mol^-1×2-23.5kJ?mol^-1-41.3kJ?mol^-1=-246.4kJ?mol^-1；
故答案為：-246.4kJ?mol^-1；
②a．達到平衡時，物質的量不變，不是相等，故a錯誤；
b．該反應是一個反應前后氣體體積不變的反應，無論該反應是否達到平衡狀態，壓強始終不變，所以不能根據平衡體系的總壓判斷是否達到平衡狀態，故b錯誤；
c．平衡時各物質的濃度不變，故c正確；
d．CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1，符合正逆反應速率相等，故d正確；
故選cd；
（4）二甲醚失電子發生氧化反應，二甲醚生成的二氧化碳會和氫氧根離子反應生成碳酸根離子，
所以該電池中負極上的電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（5）氮氧化物和一氧化碳反應生成氮氣和二氧化碳，根據氮元素化合價變化，配平反應的方程式，反應的化學方程式為：2xCO+2NO_x

催化劑  .

2xCO₂+N₂，
故答案為：2xCO+2NO_x

催化劑  .

2xCO₂+N₂．

點評：本題考查化學平衡圖象、化學平衡有關計算、化學平衡常數、影響化學平衡的因素、熱化學方程式書寫、電極反應式的書寫等，是對知識的綜合運用，難度中等．