Question

【題目】隨著能源與環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越被人們關(guān)注，碳-化學(xué)(C1化學(xué))成為研究的熱點(diǎn)。“碳一化學(xué)”即以單質(zhì)碳及CO、CO2、CH4、CH3OH等含一個(gè)碳原子的物質(zhì)為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)與工藝．

（1）將CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物課有效實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的例子很多，如：

a.6CO2+6H2OC6H12O6+6O2

b.CO2+3H2OCH3OH+H2O

c.CO2+CH4CH3COOH

d.2CO2+6H2CH2=CH2+4H2O

在以上屬于人工轉(zhuǎn)化的反應(yīng)中，原子利用率最高的是_______（填序號(hào)）。

（2）CO可用于合成甲醇。在壓強(qiáng)0.1MPa條件下，在體積為bL的密閉容器中充入和，在催化劑作用下合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖。

①該反應(yīng)屬于_______反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）。若一個(gè)可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K值很大，對(duì)此反應(yīng)的說(shuō)法正確的是____（填序號(hào)）。

a.反應(yīng)使用催化劑意義不大

b.該反應(yīng)發(fā)生將在很短時(shí)間內(nèi)完成

c.該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物百分含量很小

d.該反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)

②100℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________(用a,b的代數(shù)式表示)。

（3）二甲醚（CH3OCH3）被稱(chēng)為21世紀(jì)的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚。

①工業(yè)上利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：

a.2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H1=-90.8kJmol-1

b.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJmol-

c.CO(g)+H2O(g)CO2(g0+H2(g)△H3=-41.3kJmol

總反應(yīng)：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=___．

②對(duì)于反應(yīng)b，在溫度和容積不變的條件下，能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____（填字母）。

a.n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O)

b.容器內(nèi)壓強(qiáng)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(zhì)，用二甲醚-空氣組成燃料，其中負(fù)極的電極反應(yīng)式為_______。

（5）碳化合物在治理汽車(chē)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(wú)污染的物質(zhì)。寫(xiě)出CO與氮氧化物（NOx）在有催化劑的條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式____________。

Answer 1

【答案】 c 放熱 c b2/a2 -246.4kJmol-1 cd CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O 2xCO+2NOx2xCO2+N2

【解析】（1）反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為生成物，原子利用率最高，上述四個(gè)反應(yīng)中，只有c符合題意要求；正確選項(xiàng) c。

（2）①根據(jù)圖像可知，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，平衡左移，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應(yīng)可能需要催化劑才可以進(jìn)行，a錯(cuò)誤；可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該條件下反應(yīng)速率很快，b錯(cuò)誤；可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物的百分含量很小，c正確；可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該反應(yīng)是吸熱還是放熱，d錯(cuò)誤；正確答案：放熱 ；c 。

②100℃，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為0.5amol。
所以平衡時(shí)，CO的濃度為0.5a/b= a/2b mol/L， H2的濃度為a/b=mol/L，CH3OH的濃度為0.5a/b=a/2b mol/L，100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K═=；正確答案：b2/a2。

（3）由蓋斯定律可知，通過(guò)①×2＋②＋③可得所求反應(yīng)方程式，則ΔH＝－90.8×2－23.5－41.3＝－246.4 kJ/mol；正確答案：-246.4kJmol-1。

②平衡時(shí)各物質(zhì)物質(zhì)的量相等決定于開(kāi)始加入物質(zhì)的多少和反應(yīng)限度,與平衡狀態(tài)無(wú)關(guān),所n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O) ，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài),a錯(cuò)誤；該反應(yīng)是體積不變的反應(yīng),容器內(nèi)壓強(qiáng)恒為定值，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài), b錯(cuò)誤；反應(yīng)達(dá)到平衡后，各物質(zhì)的濃度保持不變，因此H2O(g)的濃度保持不變，可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài), c正確；C. 當(dāng)CH3OH的消耗速率與CH3OCH3的消耗速率之比為2:1時(shí)，才能表示正逆反應(yīng)速率,且滿足計(jì)量數(shù)關(guān)系,說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài), d正確；正確選項(xiàng)cd。

（4）二甲醚-空氣組成燃料電池，二甲醚做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；正確答案：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

（5）CO與氮氧化物（NOx）在有催化劑的條件下反應(yīng)生成二氧化碳和氮?dú)�，化學(xué)方程式為：2xCO+2NOx2xCO2+N2；正確答案：2xCO+2NOx2xCO2+N2。