Question

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

（1）將CO2轉(zhuǎn)化成有機物課有效實現(xiàn)碳循環(huán)。CO2轉(zhuǎn)化成有機物的例子很多，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)化的反應中，原子利用率最高的是_______（填序號）。

（2）CO可用于合成甲醇。在壓強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CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖。

①該反應屬于_______反應（填“吸熱”或“放熱”）。若一個可逆反應的平衡常數(shù)K值很大，對此反應的說法正確的是____（填序號）。

a.反應使用催化劑意義不大

b.該反應發(fā)生將在很短時間內(nèi)完成

c.該反應達到平衡時至少有一種反應物百分含量很小

d.該反應一定是放熱反應

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

（3）二甲醚（CH3OCH3）被稱為21世紀的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用。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：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=___．

②對于反應b，在溫度和容積不變的條件下，能說明該反應已達到平衡狀態(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，其中負極的電極反應式為_______。

（5）碳化合物在治理汽車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污染的物質(zhì)。寫出CO與氮氧化物（NOx）在有催化劑的條件下反應的化學方程式____________。

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）反應物全部轉(zhuǎn)化為生成物，原子利用率最高，上述四個反應中，只有c符合題意要求；正確選項 c。

（2）①根據(jù)圖像可知，當壓強不變時，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，平衡左移，該反應為放熱反應；可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應可能需要催化劑才可以進行，a錯誤；可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該條件下反應速率很快，b錯誤；可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，反應達平衡時至少有一種反應物的百分含量很小，c正確；可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應是吸熱還是放熱，d錯誤；正確答案：放熱 ；c 。

②100℃，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應的CO的物質(zhì)的量為0.5amol。
所以平衡時，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℃時該反應的平衡常數(shù)K═=；正確答案：b2/a2。

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

②平衡時各物質(zhì)物質(zhì)的量相等決定于開始加入物質(zhì)的多少和反應限度,與平衡狀態(tài)無關,所n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O) ，無法判斷是否達到平衡狀態(tài),a錯誤；該反應是體積不變的反應,容器內(nèi)壓強恒為定值，無法判斷是否達到平衡狀態(tài), b錯誤；反應達到平衡后，各物質(zhì)的濃度保持不變，因此H2O(g)的濃度保持不變，可以判斷反應達到平衡狀態(tài), c正確；C. 當CH3OH的消耗速率與CH3OCH3的消耗速率之比為2:1時，才能表示正逆反應速率,且滿足計量數(shù)關系,說明達到了平衡狀態(tài), d正確；正確選項cd。

（4）二甲醚-空氣組成燃料電池，二甲醚做負極，發(fā)生氧化反應，負極的電極反應式為：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生成二氧化碳和氮氣，化學方程式為：2xCO+2NOx2xCO2+N2；正確答案：2xCO+2NOx2xCO2+N2。