题目内容
【题目】运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
（1）乙醇是一种重要的燃料，工业上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) ΔH，已知乙烯、乙醇的燃烧热分别是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，则ΔH=_____________。
（2）用Cu2Al2O4作催化剂，一定条件下发生反应：CO2(g)+CH4(g)
CH3COOH(g)，温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率的关系如图，回答下列问题：
①200~250℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。
②300~400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是____________________________。
（3）甲醇作为一种重要的化工原料。在一定条件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应原理可表示为CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ/mol。向体积为1L的密闭容器中充入3mol CH3OH(g)和3mol CO(g)，测得容器内的压强(p: kPa) 随时间(t: min) 的变化关系如图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：
①Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改变的反应条件是_______________________。
②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ中改变的反应条件是_________________，判断的理由是________________________。
③反应Ⅰ在5min 时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v(CH3OH)= ________________。
④反应Ⅱ在2min 时达到平衡，平衡常数K(Ⅱ)= ______________。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡_______移动(填“正向”“逆向”或“不”)，原因是____________________________________________。
【答案】 -44.2kJ/mol 催化剂的催化效率升高，化学反应速率加快 温度升高，化学反应速率加快 加入催化剂 降温 Ⅲ中达到平衡所需的时间大于Ⅰ，故反应速率减慢，温度更低或者CH3OH(g)+CO(g)
HCOOCH3(g)为放热反应，降低温度向正反应方向进行，压强更小 0.4mol(L·min) 2L/mol 正向 温度不变， 平衡常数不变，Qc=1<K=2，故反应向正反应方向移动
【解析】（1）工业上利用乙烯制酒精：C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) ΔH，已知乙烯、乙醇的燃烧热分别是1411.0kJ·mol-1、1366.8 kJ·mol-1，由于燃烧热就是在一定条件下每摩尔可燃物完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量，所以，ΔH=（-1411.0kJ·mol-1）-（-1366.8 kJ·mol-1）-44.2kJ/mol。
（2）①由图中信息可知，200~250℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是催化剂的催化效率升高，化学反应速率加快。
②由图可知，300~400℃时催化剂的催化效率逐渐减小，所以乙酸的生成速率升高的主要原因是温度升高使化学反应速率加快。
（3）在一定条件下可利用甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应原理可表示为CH3OH(g)+CO(g)
HCOOCH3(g) ΔH=-29.1kJ/mol。该反应是一个气体分子数减少的放热反应，随着正反应的发生，气体的压强减小。
①由图中信息可知，Ⅱ和Ⅰ在平衡状态下的压强相同，但是Ⅱ的化学反应速率较大，所以，Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ中改变的反应条件是加入催化剂。
②Ⅲ和Ⅰ相比，Ⅲ的平衡气压较小，且化学反应速率较慢，所以Ⅲ中改变的反应条件是降温，判断的理由是：Ⅲ中达到平衡所需的时间大于Ⅰ，故反应速率减慢，温度更低（或者CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)为放热反应，降低温度向正反应方向进行，压强更小）。
③反应Ⅰ在5min 时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时，设CH3OH的变化量为x，则CO和HCOOCH3的变化量也是x，CH3OH、CO、HCOOCH3的平衡量分别为3mol-x、3mol-x、x，由图可知，反应前后的压强之比为6:4=3:2，所以（3mol+3mol）：（3mol-x +3mol-x+x）=3:2，解之得，x=2mol，因此，v(CH3OH)= 
0.4mol(L·min) 。
④反应Ⅱ在2min 时达到平衡，其平衡常数与反应Ⅰ相同，所以平衡常数K(Ⅱ)= 
2L/mol。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入2mol CH3OH 和1mol HCOOCH3后，平衡正向移动，原因是：温度不变， 平衡常数不变，Qc=1<K=2，故反应向正反应方向移动。
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【题目】科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。请回答下列问题：
（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用____________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在___________对自旋相反的电子。
（2）CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为__________________________。
（3）一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。
参数 分子 | 分子直径/nm | 分子与H2O的结合能E/kJ·mol－1 |
CH4 | 0.436 | 16.40 |
CO2 | 0.512 | 29.91 |
①下列关于CH4和CO2的说法正确的是________(填序号)。
a．CO2分子中含有2个σ键和2个π键
b．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子
c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2
d．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0. 586 nm，根据上述图表所提供的数据分析，提出该设想的依据是______________________________________。
