Question

【題目】合成氣(CO、H2)是一種重要的化工原料氣。合成氣制取有多種方法，如煤的氣化、天然氣部分氧化等。回答下列問題：

I.合成氣的制取

（1）煤的氣化制取合成氣。

已知：①H2O(g)=H2O(l) △H=-44kJ/mol；

②部分物質的燃燒熱：

則反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的△H=___kJ/mol。

（2）天然氣部分氧化制取合成氣。

如果用O2(g)、H2O(g)、CO2(g)混合物氧化CH4(g)，欲使制得的合成氣中CO和H2的物質的量之比為1︰2，則原混合物中H2O(g)與CO2(g)的物質的量之比為__。

Ⅱ.利用合成氣合成乙醇

在一定條件下，向容積為2L的恒容密閉容器中投入2molCO和4molH2，發生反應：2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)。

（1）寫出該反應的平衡常數表達式__。

（2）下列情況能作為判斷反應體系達到平衡的標志是__(填序號)。

A.壓強不再變化 B.平均摩爾質量不再變化 C.密度不再變化

（3）反應起始壓強記為p1、平衡后記為p2，平衡時H2的轉化率為__。(用含p1、p2的代數式表示)

Ⅲ.合成乙醇的條件選擇

為探究合成氣制取乙醇的適宜條件，某科研團隊對不同溫度、不同Rh質量分數的催化劑對CO的吸附強度進行了研究，實驗數據如圖。CO的非離解吸附是指CO尚未乙醇化，離解吸附是指CO已經乙醇化。

（1）結合圖像從低溫區、高溫區分析溫度對CO吸附強度的影響__；以及催化劑對CO吸附強度的影響__。

（2）用Rh作催化劑，合成氣制取乙醇的適宜溫度是__。

Answer 1

【答案】+131.3 2：1 AB ×100% 在低溫區，溫度升高，不同催化劑對CO的非離解吸附強度均增大；在高溫區，溫度升高，不同催化劑對CO的離解吸附強度均減小 相同溫度下，催化劑中Rh質量分數越高，CO的吸附強度越大 550℃

【解析】

I.(1)書寫出C、CO、H2燃燒的熱化學反應方程式，然后根據蓋斯定律得到結果；

(2)分別書寫出CH4與O2、CH4與H2O、CH4與CO2反應的方程式，根據反應方程式的特點，進行分析判斷；

II.(1)根據化學平衡常數的定義進行分析；

(2)根據化學平衡狀態的定義進行分析；

I.(1)C(s)＋O2(g)＋CO2(g) △H=－393.5kJ·mol－1 ①，

CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H=－283.0kJ·mol－1 ②,

H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H=－285.8kJ·mol－1 ③，

H2O(g)=H2O(l) △H=－44kJ·mol－1 ④，根據蓋斯定律，①＋④－③－②，得出△H=＋131.3kJ·mol－1；

(2)分別發生的方程式為CH4＋O2=CO＋2H2、CH4＋CO2=2CO＋2H2、CH4＋H2O=CO＋3H2，要求合成氣中CO和H2的物質的量之比為1：2，O2可以是任意值，只需讓CO2、H2O反應后CO的物質的量、H2的物質的量之比為1：2即可，令CO2為amol，則生成n(CO)=2amol，n(H2)=2amol，令H2O為bmol，則生成n(CO)=bmol，n(H2)=3bmol，有(2a＋b)：(2a＋3b)=1：2，解得a：b=1：2；

II.(1）根據化學平衡常數的定義，K=;

(2)A. 因為反應前后氣體系數之和不相等，因此當壓強不再改變，說明反應達到平衡，故A符合題意；

B. 組分都是氣體，氣體質量保持不變，該反應為氣體物質的量減少的反應，根據摩爾質量的定義，因此當摩爾質量不再改變，說明反應達到平衡，故B符合題意；

C. 氣體的總質量保持不變，容器為恒容，因此密度不變，不能說明反應達到平衡，故C不符合題意；

(3)相同條件下，壓強之比等于物質的量，即達到平衡后氣體總物質的量為mol，，解得n(H2)= mol，則H2的轉化率為=×100%；

III.(1)根據圖像，在低溫區，溫度升高，不同催化劑對CO的非離解吸附強度均增大；在高溫區，溫度升高，不同催化劑對CO的離解吸附強度均減小；相同溫度下，催化劑中Rh質量分數越高，CO的吸附強度越大；

(2)根據圖像，最適宜溫度為550℃。