题目内容

5．合成气（CO+H2）是一种重要的化工原料，在化工生产中具有十分广泛的用途．下图是以天然气为主要原料制备合成气，并用合成气生产甲醇和二甲醚（CH3OCH3）及炼铁的一种工艺流程：

（1）在用合成气炼铁的流程中，向燃烧室通入甲烷与氧气的最佳体积配比V（CH4）：V（O2）为1：2．
（2）尾气Y的成分与合成气的配比有关，则合成二甲醚时所发生的反应可能有2CO+4H2=CH3OCH3+H2O、3CO+3H2=CH3OCH3+CO2．
（3）在催化反应室中所发生的反应为可逆反应，则低压（填“高压”或“低压”）有利于合成气的合成．
（4）以Cu2O/ZnO为催化剂，由合成气合成甲醇可在一定温度和压强下自发进行，则反应：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）在高温、低压条件下一定不能自发进行．为探究合成甲醇的适宜温度和压强，某同学设计了如下三组实验：
实验编号n（H 2）/n（CO）T/℃P/MPa
im12501
ii3T15
iiim2350P1
则T1=250，P1=5．

分析 （1）根据甲烷与氧气反应方程式，甲烷与氧气的最佳体积配比应与反应方程式中的计量数一致；
（2）以CO、H2为原料生成二甲醚，同时生成二氧化碳或水，根据原子守恒书写；
（3）在催化反应室中所发生的反应为可逆反应，催化反应室中发生CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g）、H2O（g）+CH4（g）?CO（g）+3H2（g），根据压强对平衡移动的影响判断；
（4）根据△G=△H-T△S判断反应不能自发的条件，采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，据此判断T1、P1的值．

解答 解：（1）甲烷在点燃条件下燃烧生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为CH4+2O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO2+2H2O，所以最佳体积配比V（CH4）：V（O2）为1：2；
故答案为：1：2；
（2）以CO、H2为原料生成二甲醚，同时生成二氧化碳或水，根据原子守恒书写其反应的方程式为：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O、3CO+3H2=CH3OCH3+CO2；
故答案为：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O、3CO+3H2=CH3OCH3+CO2；
（3）催化反应室中发生CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g）、H2O（g）+CH4（g）?CO（g）+3H2（g），加压平衡逆向移动，甲烷转化率减小，所以在低压条件下有利于合成气的合成，
故答案为：低压；
（4）反应：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）中，△S＜0，△H＜0，根据△G=△H-T△S可知，在高温、低压条件下该反应不能自发，采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以要控制温度相同比较压强对反应的影响，和控制压强相同比较温度对反应的影响，故T1=250，P1=5，
故答案为：高温、低压；250；5．

点评 本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．

练习册系列答案
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17．下列离子方程式书写正确的是（　　）
A．向AlCl3溶液中滴加浓氨水至过量：Al3++4OH-═AlO2-+2H2O
B．向Ca（ClO）2溶液中通入过量的SO2：C1O-+SO2+H2O═HClO+HSO3-
C．氯气与水的反应：Cl2+H2O═2H++Cl-+ClO-
D．NaHSO4溶液与Ba（OH）2溶液反应至中性：2H++SO42-+Ba2++2OH-═BaSO4↓+2H2O
18．下列各项中仪器可能完成目的实验的是（　　）
选项仪器实验
 A制取蒸馏水圆底烧瓶、冷凝管、锥形瓶、温度计、牛角管
 B由98%的浓硫酸配制250ml
1.5mol/L的稀硫酸		250mol容量瓶、量筒、胶头滴管、玻璃棒
 C实验室用MnO2与浓盐酸制取并收集氯气   酒精灯、铁架台（带铁夹、铁圈）、圆底烧瓶、导管、集气瓶
 D测定NaCl中混有KCl烧杯、玻璃棒、酒精灯、蓝色钴玻璃、铂丝
A．AB．BC．CD．D
13．实验室以废铁屑为原料制备硫酸亚铁铵晶体[（NH4）2SO4•FeSO4•6H2O]，其步骤如下：
步骤1：将废铁屑放入碳酸钠溶液中煮沸除油污，倾倒出液体，用水洗净铁屑．
步骤2：向处理过的铁屑中加入过量的3mol•L-1H2SO4溶液，在60℃左右使其反应到不再产生气体，趁热过滤，得FeSO4溶液．
步骤3：向所得FeSO4溶液中加入饱和（NH4）2SO4溶液，经过“一系列操作”后得到硫酸亚铁铵晶体．
请回答下列问题：
（1）从以下仪器中选择组装，完成实验操作步骤1必需的仪器有①②④⑤⑥⑦（填编号）
①铁架台    ②漏斗    ③广口瓶    ④石棉网    ⑤烧杯   ⑥玻璃棒    ⑦酒精灯
（2）在步骤2中所加的硫酸必须过量，其原因是加酸抑制亚铁离子的水解；
（3）在步骤3中，所指的“一系列操作”依次是蒸发浓缩、冷却结晶和过滤、洗涤；
（4）为证明所得晶体含有Fe2+和NH4+，取其溶液于试管中加入氢氧化钠溶液，并加热，用湿润的红色石蕊试纸接近试管口，若观察到生成白色沉淀，且迅速变灰绿，最终变为红褐色，同时湿润的红色石蕊试纸变蓝现象，证明含有Fe2+和NH4+．
20．已知，T℃时2A（g）+B（g）?2C（g）△H=-akJ/mol（a＞0），在甲、乙、丙三个容积均为2L的恒容密闭容器中投入A（g）和B（g），经5min达到平衡．其起始物质的量及A的平衡转化率如表所示．
甲乙丙
起始物质的量n（A）/mol0.40.80.8
n（B）/mol0.240.240.48
A的平衡转化率80%α1α2
下列判断中，错误的是（　　）
A．甲从开始到平衡时ν（A）为0.032mol•L-1•min-1
B．平衡时，A的转化率：α1＜80%＜α2
C．T℃时，平衡常数K=400L/mol
D．绝热容器中，压缩体积，平衡常数K＞400 L/mol
10．往有机聚合物中添加阻燃剂，可增加聚合物的使用安全性，扩大其应用范围．例如，在某聚乙烯树脂中加入等质量由特殊工艺制各的阻燃型Mg（OH）2，树脂可燃性大大降低．该Mg（OH）2的生产工艺如下：
→合成→水热处理→过滤→水洗→表面处理→过滤水洗→干燥
（1）精制卤水中的MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁[Mg（OH）2-xClx•mH2O]，反应的化学方程式为2MgCl2+（2-x）Ca（OH）2+2mH2O=2[Mg（OH）2-xClx•mH2O]+（2-x）CaCl2
（2）合成反应后，继续在393K～523K下水热处理8h，发生反应；[Mg（OH）2-xClx•mH2O]═（1-$\frac{x}{2}$）Mg（OH）2+$\frac{x}{2}$MgCl2+mH2O水热处理后，过滤、水洗．水洗的目的是除去附着在Mg（OH）2表面的可溶性物质MgCl2、CaCl2、Ca（OH）2等
（3）阻燃型Mg（OH）2具有晶粒大，易分散、与高分子材料相容性好等特点．上述工艺流程中与此有关的步骤是水热处理、表面处理
（4）已知热化学方程式：
Mg（OH）2（s）═MgO（s）+H2O（g）△H1=+81.5kJ•mol-1
Al（OH）3（s）═XAl2O3（s）+$\frac{3}{2}$H2O（g）△H2=+87.7kJ•mol-1
①Mg（OH）2和Al（OH）3起阻燃作用的主要原因是Mg（OH）2和Al（OH）3受热分解时吸收大量的热，使环境温度下降；同时生成的耐高温、稳定性好的MgO、Al2O3覆盖在可燃物表面，阻燃效果更佳
②等质量Mg（OH）2和Al（OH）3相比，阻燃效果较好的是Mg（OH）2．原因是Mg（OH）2的吸热效率为：81.5kJ•mol-1/58g•mol-1=1.41 kJ•g-1，Al（OH）3的吸热效率为：87.7kJ•mol-1/78g•mol-1=1.12 kJ•g-1等质量的Mg（OH）2比Al（OH）3吸热多．
（5）常用阻燃荆主要有三类：A．卤系，如四溴乙烷；B．磷系，如磷酸三苯酯；C．无机类Mg（OH）2和Al（OH）3．从环保的角度考虑，应用时较理想的阻燃剂是C，理由是A会破坏臭氧层，B中的磷元素会造成藻类生物的大量繁殖．
17．甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H2化合来制备甲醇：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）
（1）在容积固定为2L的密闭容器内充入1mol CO和2mol H2，加入 催化剂后在250℃开始反应，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．
容器中M、N两点气体的物质的量之比为5：4．
M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为KM=KN＞KQ．
（2）通过压力计监测上述容器内压强的变化如下：
反应时间/min0510152025
压强/Mpa12.610.89.58.78.48.4
则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率为0.0125mol/（L．min），该温度下平衡常数K=4．
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡状态的是BC．
A．2v（H2）正=v（CH3OH）逆
B．容器内气体的平均摩尔质量保持不变
C．容器中气体的压强保持不变
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2
（4）25℃时以甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）为电源电解300mL NaCl溶液，正极反应式为O2+4 H++4 e-=2 H2O．在电解一段时间后，NaCl溶液的pH变为13（假设NaCl溶液的体积不变），则理论上消耗甲醇的物质的量为0.005mol．
14．由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ，则反应2H2（g）+O2（g）$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H2O（g）的△H为（　　）
A．-483.6kJ•mol-1B．-241.8kJ•mol-1C．-120.6kJ•mol-1D．+241.8kJ•mol-1
15．下列试验中，所选装置合理的是（　　）
A．分离Na2CO3溶液和CH3COOC2H5，选③B．用CCl4提取碘水中的碘，选②
C．实验室中蒸馏水的制取，选④D．粗盐提纯，选②和③

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