Question

乙醇是一種可燃性液體，按一定比例混合的乙醇汽油是一種新型清潔車用燃料，某科研機構研究利用CO₂合成乙醇的方法：
（i）2CO₂(g)+6H₂(g) CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g) ΔH₁
原料氣氫氣
（ii）CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)   ΔH₂
回答下列問題：
（1）使用乙醇汽油（汽油用戊烷代替）燃料時．氣缸工作時進行的反應較多，寫出燃燒產生有毒氣體CO、NO的所有反應的化學方程式：________________________。
（2）反應(i)中能夠提高氫氣轉化率的措施有____。

A．增大壓強

B．加催化劑

C．增大CO2的濃度

D．及時分離體系中的乙醇

（3）利用CO合成乙醇是目前工業生產較為成熟的工藝。已知下列熱化學方程式：
（iii）CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)   ΔH₃
寫出以CO(g)與H₂(g)為原料合成乙醇的熱化學方程式：___________________（焓變用H₁、H₃表示）。
（4）反應(ii)中的甲烷和水蒸氣是在特定的催化劑表面上進行的，該反應在不同溫度下的化學平衡常數如下表：

由此推知反應(ii)的焓變H₂________0（填“>”、“=”或“<”）。某溫度下，向容積為1 L的密閉容器中加入1 mol甲烷和1mol水蒸氣，經過5h反應達到平衡狀態，此時測得CH₄的濃度變為0.5 mol/L。該溫度下，反應(ii)的平衡常數K=__________________，反應開始至達到平衡時氫氣的反應速率v(H₂)=_________。
（5）機動車在改用乙醇汽油后，并不能減少氮氧化物的排放。使用合適的催化劑可使NO轉化為氮氣，實驗測得NO轉化為氮氣的轉化率隨溫度變化曲線如下圖所示：

由圖像可知，在沒有CO情況下，溫度超過775K，NO的轉化率減小，造成這種現象的原因可能是___________________________；在NO和CO物質的量之比為1：1的情況下，應控制的最佳溫度為__________________左右。

Answer 1

（1）CH₃CH₂OH＋2O₂2CO＋3H₂O ;2C₅H₁₂＋11O₂10CO＋12H₂O  N₂＋O₂2NO
（2）A C D
（3）2CO(g)＋4H₂(g)=CH₃CH₂OH(g)＋H₂O(g) ΔH₁+2ΔH₃
（4）>  6.75  0.3mol/( L·h)
（5）NO分解反應是放熱反應，達平衡后，溫度升高，則平衡逆向移動   850K（810－880K均正確）

試題分析：（1）燃料CH₃CH₂OH、C₅H₁₂不完全燃燒會產生CO。其反應方程式為：CH₃CH₂OH＋2O₂2CO＋3H₂O    2C₅H₁₂＋11O₂10CO＋12H₂O在氣缸內產生NO的方程式為：N₂＋O₂2NO。（2）反應（i）的正反應為氣體體積減小的反應。所以要提高氫氣轉化率可以通過增大反應物CO₂的濃度、減小生成物乙醇的濃度或增大壓強等措施來實現。由于催化劑能同等倍數的改變正反應、逆反應的速率，所以平衡不發生移動。乙醇選項為ACD。（3）①＋③×2，整理可得：2CO(g)＋4H₂(g)=CH₃CH₂OH(g)＋H₂O(g) ΔH₁+2ΔH₃。（4）由圖像可以看出：升高溫度，化學平衡常數增大。即：升高溫度，化學平衡向正反應方向移動。根據平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。正反應方向為吸熱反應。所以反應(ii)的焓變ΔH₂>0。對于反應（ⅱ）在反應開始時，c(CH₄)=1mol/L;c(H₂O)="1mol/L." c(CO)= c(H₂)=0.當反應達到平衡時，c(CH₄)=" 0.5" mol/L;c(H₂O)=" 0.5" mol/L， c(CO)=" 0.5" mol/L ；c(H₂)=" 1.5" mol/L。所以化學平衡常數為：。從反應開始至達到平衡時氫氣的反應速率v(H₂)="Δc/Δt=1.5mol/L÷5h=0.3mol/(" L·h). （5）在沒有CO情況下，溫度超過775K，NO的轉化率減小，造成這種現象的原因可能是NO分解反應是放熱反應，達平衡后，溫度升高，則平衡逆向移動，導致分解率降低。由圖像可以看出在NO：CO=1:1時NO的轉化率隨溫度的升高而增大。當溫度在850K時NO的轉化率最大。所以應控制的最佳溫度為850K左右。