Question

【題目】運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義。

（1）乙醇是一種重要的燃料，工業(yè)上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) ΔH，已知乙烯、乙醇的燃燒熱分別是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，則ΔH=_____________。

（2）用Cu2Al2O4作催化劑，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)，溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率的關(guān)系如圖，回答下列問題：

①200~250℃時(shí)，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。

②300~400℃時(shí)，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。

（3）甲醇作為一種重要的化工原料。在一定條件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)原理可表示為CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ/mol。向體積為1L的密閉容器中充入3mol CH3OH(g)和3mol CO(g)，測得容器內(nèi)的壓強(qiáng)(p: kPa) 隨時(shí)間(t: min) 的變化關(guān)系如圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改變的反應(yīng)條件是_______________________。

②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ中改變的反應(yīng)條件是_________________，判斷的理由是________________________。

③反應(yīng)Ⅰ在5min 時(shí)達(dá)到平衡，在此條件下從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時(shí)v(CH3OH)= ________________。

④反應(yīng)Ⅱ在2min 時(shí)達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K(Ⅱ)= ______________。在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達(dá)到平衡Ⅱ時(shí)，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡_______移動(dòng)(填“正向”“逆向”或“不”)，原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】 -44.2kJ/mol 催化劑的催化效率升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快 溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快 加入催化劑 降溫 Ⅲ中達(dá)到平衡所需的時(shí)間大于Ⅰ，故反應(yīng)速率減慢，溫度更低或者CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)為放熱反應(yīng)，降低溫度向正反應(yīng)方向進(jìn)行，壓強(qiáng)更小 0.4mol(L·min) 2L/mol 正向 溫度不變， 平衡常數(shù)不變，Qc=1<K=2，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)

【解析】（1）工業(yè)上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) ΔH，已知乙烯、乙醇的燃燒熱分別是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，由于燃燒熱就是在一定條件下每摩爾可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物所放出的熱量，所以，ΔH=（-1411.0kJ·mol-1）-（-1366.8 kJ·mol-1）-44.2kJ/mol。

（2）①由圖中信息可知，200~250℃時(shí)，乙酸的生成速率升高的主要原因是催化劑的催化效率升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快。

②由圖可知，300~400℃時(shí)催化劑的催化效率逐漸減小，所以乙酸的生成速率升高的主要原因是溫度升高使化學(xué)反應(yīng)速率加快。

（3）在一定條件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)原理可表示為CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ/mol。該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，隨著正反應(yīng)的發(fā)生，氣體的壓強(qiáng)減小。

①由圖中信息可知，Ⅱ和Ⅰ在平衡狀態(tài)下的壓強(qiáng)相同，但是Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)速率較大，所以，Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改變的反應(yīng)條件是加入催化劑。

②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ的平衡氣壓較小，且化學(xué)反應(yīng)速率較慢，所以Ⅲ中改變的反應(yīng)條件是降溫，判斷的理由是：Ⅲ中達(dá)到平衡所需的時(shí)間大于Ⅰ，故反應(yīng)速率減慢，溫度更低（或者CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)為放熱反應(yīng)，降低溫度向正反應(yīng)方向進(jìn)行，壓強(qiáng)更小）。

③反應(yīng)Ⅰ在5min 時(shí)達(dá)到平衡，在此條件下從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時(shí)，設(shè)CH3OH的變化量為x，則CO和HCOOCH3的變化量也是x，CH3OH、CO、HCOOCH3的平衡量分別為3mol-x、3mol-x、x，由圖可知，反應(yīng)前后的壓強(qiáng)之比為6:4=3:2，所以（3mol+3mol）：（3mol-x +3mol-x+x）=3:2，解之得，x=2mol，因此，v(CH3OH)= 0.4mol(L·min) 。

④反應(yīng)Ⅱ在2min 時(shí)達(dá)到平衡，其平衡常數(shù)與反應(yīng)Ⅰ相同，所以平衡常數(shù)K(Ⅱ)= 2L/mol。在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達(dá)到平衡Ⅱ時(shí)，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡正向移動(dòng)，原因是：溫度不變， 平衡常數(shù)不變，Qc=1<K=2，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)。