Question

乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產(chǎn)乙醇的一種反應(yīng)原理為：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
（1）以CO₂（g）與H₂（g）為原料也可合成乙醇，其熱化學(xué)方程式如下：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=

 

．
（2）CH₄和H₂O在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O?CO+3H₂，該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如下表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數(shù)	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應(yīng)是反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）

 

②T℃時(shí)，向1L密閉容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小時(shí)后測(cè)得反應(yīng)體系達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)c（CH₄）=0.5mol?L^-1，計(jì)算該溫度下CH₄+H₂O?CO+3H₂的平衡常數(shù)K=

 

該溫度下達(dá)到平衡時(shí)H2的平均生成速率的值=

 

．
（3）汽車(chē)使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag-ZSM-5為催化劑，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示．

①若不使用CO，溫度超過(guò)775℃，發(fā)現(xiàn)NO的轉(zhuǎn)化率降低，其可能的原因?yàn)?div id="sascjxt" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

；在n（NO）/n（CO）=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在

 

左右．
②用C_xH_y（烴）催化還原也可消除氮氧化物的污染．寫(xiě)出CH₄與NO₂發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（4）乙醇同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)乙醛等化工產(chǎn)品的重要原料，下圖是乙醇氧化為乙醛的反應(yīng)機(jī)理，則B物質(zhì)應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線

專(zhuān)題：化學(xué)應(yīng)用

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律求反應(yīng)熱；
（2）根據(jù)平衡移動(dòng)判斷反應(yīng)的熱量變化；根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算其數(shù)值；
（3）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；
（4）在乙醇的催化氧化過(guò)程中，其催化作用的是金屬銅．

解答： 解：（1）已知①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，化學(xué)反應(yīng)2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）可以由：①-3×②-2×③獲得，所以該反應(yīng)的焓變△H=△H₁-3△H₂-2△H₃，
故答案為：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃；
（2）溫度升高，平衡常數(shù)增大即平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
②T℃時(shí)，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡時(shí)c（CH₄）=0.5mol?L^-1，該溫度K=

c(CO)?c(H2)3

c(CH4)?c(H2O)

=

0.5×1．53

0.5×0.5

=6.75mol²/L²，
故答案為：6.75mol²/L²；
（3）①升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，870℃時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%，
故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；870℃或相近溫度；
②CH₄與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無(wú)毒的N₂、CO₂和H₂O，反應(yīng)為CH₄+2NO₂═CO₂+N₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+2NO₂═CO₂+N₂+2H₂O；
（4）在乙醇的催化氧化過(guò)程中，其催化作用的是金屬銅，所以B是金屬銅，
故答案為：Cu．

點(diǎn)評(píng)：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)．難度中等．根據(jù)圖象分析出分解率的變化特點(diǎn)是解題的關(guān)鍵．