Question

3．甲醇是重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，可由甲烷用銅催化氧化一步法制取或二氧化碳與氫氣催化反應(yīng)及水煤氣法間接制備等．

（1）二氧化碳與氫氣高溫催化反應(yīng)生成甲醇的化學(xué)方程式為CO₂+3H₂$→_{高溫}^{催化劑}$CH₃OH+H₂O．
（2）已知：CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₁=-35.4kJ•mol^-1；
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1；
則反應(yīng)2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g）△H=-251kJ•mol^-1．
（3）在2L的密閉容器中，起始時(shí)均投入2mol CO和一定量H₂，發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在不同條件下CO的平衡轉(zhuǎn)化率、與溫度的關(guān)系如圖1所示．
①X點(diǎn)的平衡常數(shù)K=4．
②圖中T₁＞（填“＞”或“＜”）T₂．
③為提高CO的轉(zhuǎn)化率，除適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和外，可采取的措施有增大壓強(qiáng)、使生成的甲醇液化，從體系中分離出來．
（4）作催化劑的銅可由黃銅礦和硫黃為原料制取，其主要流程如圖2：
已知：反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式為CuFeS₂+S═FeS₂+CuS，CuFeS₂中S的化合價(jià)為-2價(jià)．反應(yīng)Ⅱ?yàn)V液的主要成分為CuCl．
①反應(yīng)Ⅰ中生成12g FeS₂轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.1N_A．
②反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為CuS+2Cl^-+Cu²⁺═S+2CuCl．
③反應(yīng)Ⅲ通入空氣的目的是將反應(yīng)Ⅱ生成的一價(jià)銅離子氧化成二價(jià)銅離子．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳與氫氣高溫催化反應(yīng)生成甲醇，由原子守恒可知還生成水；
（2）①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₁=-35.4kJ•mol^-1；
②CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1；
由蓋斯定律可知，①×2+②×2可得2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g），以此計(jì)算△H；
（3）①由圖可知，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n（H₂）/n（CO）=1.5，起始時(shí)均投入2mol CO，則投入氫氣的3mol，則
    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
開始 2       3          0
轉(zhuǎn)化  1      2          1
平衡  1      1          1
則CO、H₂、CH₃OH的平衡濃度分別為0.5、0.5、0.5，以此計(jì)算K；
②“先拐先平數(shù)值大”知，T₁℃先達(dá)到平衡狀態(tài)；
③為提高CO的轉(zhuǎn)化率，可改變條件是平衡正向移動(dòng)，但不能增加CO的量；
（4）由圖可知，I中發(fā)生CuFeS₂+S═FeS₂+CuS，II中發(fā)生CuS+2Cl^-+Cu²⁺═S+2CuCl，過濾分離出S、FeS₂，濾液中含+1價(jià)銅離子，通入空氣發(fā)生氧化還原還原，以此來解答．

解答 解：（1）二氧化碳與氫氣高溫催化反應(yīng)生成甲醇，由原子守恒可知還生成水，反應(yīng)為CO₂+3H₂$→_{高溫}^{催化劑}$CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+3H₂$→_{高溫}^{催化劑}$CH₃OH+H₂O；
（2）①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₁=-35.4kJ•mol^-1；
②CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH （g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1；
由蓋斯定律可知，①×2+②×2可得2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g），則△H=（-35.4kJ•mol^-1）×2+（-90.1kJ•mol^-1）×2=-251kJ•mol^-1，
故答案為：-251；
（3）①由圖可知，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則
    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
開始 2       3         0
轉(zhuǎn)化  1      2          1
平衡 1     x-2          1
則CO、H₂、CH₃OH的平衡濃度分別為0.5、0.5、0.5，
則K=$\frac{0.5}{0.5×（0.5）^{2}}$=4，故答案為：4；
②“先拐先平數(shù)值大”知，T₁℃先達(dá)到平衡狀態(tài)，則T₁＞T₂，故答案為：＞；
③為提高CO的轉(zhuǎn)化率，可改變條件是平衡正向移動(dòng)，但不能增加CO的量，措施為增大壓強(qiáng)或使生成的甲醇液化，從體系中分離出來，故答案為：增大壓強(qiáng)；使生成的甲醇液化，從體系中分離出來；
（4）①CuFeS₂+S═FeS₂+CuS，CuFeS₂中S的化合價(jià)為-2價(jià)，則S元素的化合價(jià)由-2價(jià)升高為-1價(jià)，S元素的化合價(jià)由0降低為-1價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移e^-，即生成1molFeS₂轉(zhuǎn)移1mol電子，則生成12g FeS₂轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為$\frac{12g}{120g/mol}$×N_A=0.1N_A，故答案為：0.1N_A；
②反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為CuS+2Cl^-+Cu²⁺═S+2CuCl，故答案為：CuS+2Cl^-+Cu²⁺═S+2CuCl；
③反應(yīng)Ⅲ通入空氣的目的是將反應(yīng)Ⅱ生成的一價(jià)銅離子氧化成二價(jià)銅離子，故答案為：將反應(yīng)Ⅱ生成的一價(jià)銅離子氧化成二價(jià)銅離子．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、化學(xué)平衡計(jì)算及混合物分離提純綜合應(yīng)用，注重高頻考點(diǎn)的考查，把握物質(zhì)的性質(zhì)及相關(guān)反應(yīng)原理為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度不大．