Question

乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產乙醇的一種反應原理為：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
（1）以CO₂（g）與H₂（g）為原料也可合成乙醇，其熱化學方程式如下：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=

 

．
（2）CH₄和H₂O在催化劑表面發(fā)生反應CH₄+H₂O?CO+3H₂，該反應在不同溫度下的化學平衡常數如下表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應是反應（填“吸熱”或“放熱”）

 

②T℃時，向1L密閉容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小時后測得反應體系達到平衡狀態(tài)，此時c（CH₄）=0.5mol?L^-1，計算該溫度下CH₄+H₂O?CO+3H₂的平衡常數K=

 

該溫度下達到平衡時H2的平均生成速率的值=

 

．
（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領域的重要課題．某研究小組在實驗室以Ag-ZSM-5為催化劑，測得NO轉化為N₂的轉化率隨溫度變化情況如圖所示．

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現NO的轉化率降低，其可能的原因為

 

；在n（NO）/n（CO）=1的條件下，應控制的最佳溫度在

 

左右．
②用C_xH_y（烴）催化還原也可消除氮氧化物的污染．寫出CH₄與NO₂發(fā)生反應的化學方程式：

 

．
（4）乙醇同時也是工業(yè)生產乙醛等化工產品的重要原料，下圖是乙醇氧化為乙醛的反應機理，則B物質應為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡建立的過程,化學平衡常數的含義,產物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線

專題：化學應用

分析：（1）根據蓋斯定律求反應熱；
（2）根據平衡移動判斷反應的熱量變化；根據平衡常數表達式計算其數值；
（3）升高溫度，發(fā)現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；
（4）在乙醇的催化氧化過程中，其催化作用的是金屬銅．

解答： 解：（1）已知①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根據蓋斯定律，化學反應2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）可以由：①-3×②-2×③獲得，所以該反應的焓變△H=△H₁-3△H₂-2△H₃，
故答案為：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃；
（2）溫度升高，平衡常數增大即平衡向正反應方向移動，故該反應為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），平衡時c（CH₄）=0.5mol?L^-1，該溫度K=

c(CO)?c(H2)3

c(CH4)?c(H2O)

=

0.5×1．53

0.5×0.5

=6.75mol²/L²，
故答案為：6.75mol²/L²；
（3）①升高溫度，發(fā)現NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；由圖可知，在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，870℃時，NO還原為N₂的轉化率為100%，
故答案為：該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行；870℃或相近溫度；
②CH₄與NO₂發(fā)生反應生成無毒的N₂、CO₂和H₂O，反應為CH₄+2NO₂═CO₂+N₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+2NO₂═CO₂+N₂+2H₂O；
（4）在乙醇的催化氧化過程中，其催化作用的是金屬銅，所以B是金屬銅，
故答案為：Cu．

點評：本題考查蓋斯定律的應用、放熱反應與吸熱反應、熱化學方程式的書寫．難度中等．根據圖象分析出分解率的變化特點是解題的關鍵．