Question

【题目】合成气是H2和CO的混合气体，工业上可以用于合成氨、生产低级醇等，请回答下列相关问题。

(1)sparg工艺是生产合成气的方法之一，该方法可将甲烷和二氧化碳在高温下转化为H2和CO，该反应的化学方程式为___________。

(2)工业生产中用合成气合成乙醇的反应为2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=akJ/mol①生产过程中会发生副反应2CO(g)+3H2(g)CH3CHO(g)+H2O(g) △H=b kJ/mol②

又已知2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=ckJ/mol③

则C2H5OH(g)催化氧化生成CH3CHO(g)和水蒸气的热化学方程式为__________________。

(3)向2L的恒温恒容密闭容器中充入4 molCO和6molH2，若只发生反应①，达平衡时容器中压强是起始压强的0.6倍，则CO的平衡转化率为___________，该温度下反应①的平衡常数等于___________。下列选项不能证明反应①达到平衡状态的是___________(填标号)。

A.混合气体的平均分子量不再改变

B混合气体的密度不再改变

C.CO和H2的物质的量之比不再改变

D.每断开4 molH－H键的同时断开3 mol H－O键

(4)以醋酸为溶剂，甲醇与合成气可以转化为乙醇，同时会生成醚类、酯类等副产物，下图是醋酸与甲醇的质量比对生产的影响，则工业生产中醋酸与甲醇的最佳质量比是___________。随着醋酸和甲醇的质量比增大，一定范围内甲醇的转化率升高而醚类选择性降低的原因可能是___________(从平衡移动角度解释)。

Answer 1

【答案】CH4+CO22CO+2H2 2C2H5OH(g)+O2(g) 2CH3CHO(g)+2H2O(g) △H=(2b+c-2a)kJ/mol 50% 0.25 B 2 生产中会发生酯化反应，随着醋酸浓度的增加酯化反应平衡右移（答案合理即可）

【解析】

(1)甲烷和二氧化碳在高温下转化为H2和CO，以此书写化学方程式；

(2)根据盖斯定律②×2+ ③ -① ×2得 2C2H5OH(g)+O2(g) 2CH3CHO(g)+2H2O(g) 计算△H，写出热化学方程式；

(3)列出三段式，根据平衡时容器中压强是起始压强的0.6倍，求出平衡时各物质的浓度，进而求出CO的平衡转化率和平衡常数；根据达到化学平衡时正反应速率等于逆反应速率，有关各变量不变分析是否达到平衡状态；

(4)由图分析醋酸与甲醇的最佳质量比；生产中会发生酯化反应，随着醋酸浓度的增加酯化反应平衡右移。

(1)甲烷和二氧化碳在高温下转化为H2和CO，化学方程式为CH4+CO22CO+2H2；

因此，本题正确答案为：CH4+CO22CO+2H2；

(2) 2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) △H=akJ/mol①

2CO(g)+3H2(g)CH3CHO(g)+H2O(g) △H=b kJ/mol②

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=ckJ/mo③

根据盖斯定律②×2+ ③ -① ×2得 2C2H5OH(g)+O2(g) 2CH3CHO(g)+2H2O(g) △H=(2b+c-2a)kJ/mol，

因此，本题正确答案为：2C2H5OH(g)+O2(g) 2CH3CHO(g)+2H2O(g) △H=(2b+c-2a)kJ/mol；

(3)列出三段式，设转化的CO的物质的量为2xmol，则

2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g)

起始(mol) 4 6 0 0

变化(mol) 2x 4x x x

平衡(mol) 4-2x 6-4x x x

平衡时容器中压强是起始压强的0.6倍，则=0.6，解得x=1，

则CO的平衡转化率为×100%=50%；

平衡时，CO、H2、C2H5OH、H2O的浓度分别为：1mol/L、1mol/L、0.5mol/L、0.5mol/L，

平衡常数K===0.25，

反应①：2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g)，

A项，反应前后气体物质量发生变化，因此平均分子量不变说明气体总物质的量不再改变，体系达到平衡状态；

B项，由于该体系是纯气体且容器体积不变，因此无论体系是否达到平衡状态混合气体的密度始终保持不变；

C项，CO和H2的起始物质的量之比为2：3，不等于化学计量数之比，因此只有达到平衡状态后二者的物质的量之比才不再改变；

D项，断开4 molH－H键说明消耗4mol氢气，断开3 mol H－O键说明消耗1mol乙醇和1mol水蒸气（乙醇和水中均含有H-O键），正逆反应速率相等，体系达到平衡状态。答案选B。

因此，本题正确答案为：50%；0.25；B；

(4)由图可知，醋酸与甲醇的质量比为2时甲醇的转化率和乙醇的选择性最高，同时醚类的选择性最低，为最佳质量比；生产中会发生酯化反应，随着醋酸浓度的增加酯化反应平衡右移，故一定范围内甲醇的转化率升高而醚类选择性降低，

因此，本题正确答案为：2；生产中会发生酯化反应，随着醋酸浓度的增加酯化反应平衡右移。