Question

【題目】由碳的氧化物直接合成乙醇燃料已進入大規(guī)模生產。

（1）如采取以CO和H2為原料合成乙醇，化學反應方程式：2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H；若密閉容器中充有10 mol CO與20mol H2，在催化劑作用下反應生成乙醇，CO的轉化率(α)與溫度、壓強的關系如下圖所示。

已知：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) △H1=－566kJ·mol－1

2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) △H2=－572kJ·mol－1

CH3CH2OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+ 3H2O(g) △H3=－1366kJ·mol－1

H2O(g)===H2O(l) △H4=－44kJ·mol－1

①△H= kJ·mol－1

②若A、C兩點都表示達到的平衡狀態(tài)，則從反應開始到達平衡狀態(tài)所需的時間tA tC（填“﹥”、“﹤”或“﹦”）。

③若A、B兩點表示在某時刻達到的平衡狀態(tài)，此時在A點時容器的體積為10L，則該溫度下的平衡常數：K＝ ；

④熔融碳酸鹽燃料電池（MCFS），是用煤氣（CO+H2）作負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，用一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔點混合物做電解質，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的。負極上CO反應的電極反應式為 。

（2）工業(yè)上還可以采取以CO2和H2為原料合成乙醇，并且更被化學工作者推崇，但是在相同條件下，由CO制取CH3CH2OH的平衡常數遠遠大于由CO2制取CH3CH2OH 的平衡常數。請推測化學工作者認可由CO2制取CH3CH2OH的優(yōu)點主要是： 。

（3）目前工業(yè)上也可以用CO2來生產甲醇。一定條件下發(fā)生反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。若將6mol CO2和8 mol H2充入2L的密閉容器中，測得H2的物質的量隨時間變化的曲線如右圖所示（實線）。

①請在答題卷圖中繪出甲醇的物質的量隨時間變化曲線。

②僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線I對應的實驗條件改變是 ，曲線Ⅱ對應的實驗條件改變是 。

（4）將標準狀況下4.48L CO2通入1L 0.3mol·L－1 NaOH溶液中完全反應，所得溶液中微粒濃度關系正確的是

A．c(Na+)=c(HCO3-)＋c(CO32-)＋c(H2CO3)

B．c(OH-)+c(CO32-)=c(H2CO3)＋c(H+)

C．c(Na+)＋c(H+)=c(HCO3-)＋2c(CO32-)＋c(OH-)

D．2c(Na+)=3c(HCO3-)＋3c(CO32-)＋3c(H2CO3)

Answer 1

【答案】（1）①－168 ②﹥ ③0.25L4·mol－4（單位可不寫）④CO－2e－＋CO32－===2CO2

（2）原料易得、原料無污染、可以減輕溫室效應等

（3）升高溫度，增大壓強（4）CD

【解析】

試題分析：

（1）①已知：①2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) △H1=－566kJ·mol－1

②2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) △H2=－572kJ·mol－1

③CH3CH2OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+ 3H2O(g) △H3=－1366kJ·mol－1

④H2O(g)===H2O(l) △H4=－44kJ·mol－1

根據蓋斯定律：⑴＋⑵×2－⑷×4－⑶可得2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)

△H=－168kJ·mol－1

②根據圖像可知，C點溫度和壓強均大于A點溫度和壓強，所以C點反應速率快，達到平衡的時間少。

③ 2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)

起始濃度（mol/L） 1 2 0 0

轉化濃度（mol/L）0.5 1.0 0.25 0.25

平衡濃度（mol/L）0.5 1.0 0.25 0.25

根據化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值可知，該溫度下反應的平衡常數K＝＝0.25。

④CO、H2具有還原性，在負極上發(fā)生氧化反應生成CO2和H2O，電極反應式為：CO-2e-+CO32-═2CO2；H2-2e-+CO32-═CO2+H2O；

（2）由于空氣中CO2的含量逐漸增大，所以該方法的優(yōu)點是原料易得、可以減輕溫室效應。

（3）①根據圖像可知平衡時氫氣的物質的量是2mol，消耗氫氣的物質的量是8mol－2mol＝6mol，所以根據方程式可知平衡時生成甲醇的物質的量是2mol，因此圖像可表示為見答案。

②曲線I與原曲線相比達到平衡的時間減少，說明反應速率快。而平衡時氫氣的物質的量增加，說明平衡向逆反應方向移動。由于正方應是體積減小的可逆反應，所以改變的條件只能是升高溫度，即正方應是放熱反應；曲線Ⅱ與原曲線相比達到平衡的時間減少，說明反應速率快。而平衡時氫氣的物質的量減少，這說明平衡向正反應方向移動。由于正方應是體積減小的放熱的可逆反應，所以改變的條件只能是增大壓強。

（4）二氧化碳有0.2mol，NaOH為0.3mol，反應后生成等量的碳酸鈉和碳酸氫鈉。A項D項為物料守恒，根據C原子和Na原子量的關系可知D項正確，A項錯誤，C項為電荷守恒，正確。電荷守恒和物料守恒相加可得抵消c(Na+)，可知B項錯誤。選CD。