题目内容

13．甲醇（CH3OH）是一种基础有机化工原料和优质燃料．利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇，主反应如下：
①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1
②CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H2
③CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H3=+41kJ•mol-1
副反应有：2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）   …
（1）甲醇分子中各原子半径从大到小的顺序为r（C）＞（O）＞r（H）．
（2）△H2=-58kJ•mol-1
（3）将上述合成甲醇的反应设计成如图1所示的两条途径，其中X为2H2．

（4）对主反应①进行实验探究．
当CO与H2投料比为1：2时，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．
①图中对应点的平衡常数Ka、Kb、Kc大小关系为Ka＞Kb=Kc．
②反应在恒温、恒容下进行，以下说法可以作为判断反应达到平衡状态的是BC（填标号）．
A．混合气体的密度不变
B．反应容器中气体压强不再变化
C．混合气体的平均相对分子质量不变
D．生成CH3OH速率是生成H2速率的2倍
③将l molCO和2molH2通入1L密闭容器中，在300℃下，达到平衡时CO的转化率为90%，则平衡常数K为225．
（5）在探究主反应①过程中发现若合成气只有CO和H2，则可能出现以下状况．
①会有较多的副产品CH3OCH3生成
②形成积碳（有机物碳化覆盖催化剂表面）
但加入适量的CO2，则可减少上述状况．试解释
①CO2与H2反应生成H2O能抑制CH3OCH3的生成
②C+CO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO（用化学方程式表示）

分析 （1）根据电子层数越多半径越大，电子层数相同时核电荷数越多半径越小，分析原子半径大小；
（2）根据盖斯定律分析答；
（3）由CO+X=CH3OH，根据质量守恒分析解答；
（4）①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1正反应是放热反应，所以温度越高CO的平衡转化率越小，则T2＞T1，而平衡常数是温度的函数；
②A．混合气体的密度一直不变；
B．反应容器中气体压强不再变化，说明气体的物质的量不变；
C．混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的物质的量不变；
D．生成CH3OH速率是生成H2速率的2倍，不能说明速率不变；
③根据三行式结合平衡常数表达式分析解答；
（5）①反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）生成水对副反应2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）起抑制作用，所以会有较多的副产品CH3OCH3生成，由此分析解答；
②形成积碳，但加入适量的CO2，生成一氧化碳气体；

解答 解：（1）根据电子层数越多半径越大，电子层数相同时核电荷数越多半径越小，所以甲醇分子中各原子半径从大到小的顺序为r（C）＞（O）＞r（H），故答案为：r（C）＞（O）＞r（H）；
（2）已知①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1；②CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H2；③CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H3=+41kJ•mol-1；根据盖斯定律△H2=△H1+△H3=-58kJ•mol-1，故答案为：-58kJ•mol-1；
（3）由CO+X=CH3OH，根据质量守恒可知X是2H2，故答案为：2H2；
（4）①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1正反应是放热反应，所以温度越高CO的平衡转化率越小，则T2＞T1，而平衡常数是温度的函数，所以平衡常数Ka、Kb、Kc大小关系为Ka＞Kb=Kc，故答案为：Ka＞Kb=Kc；
②A．混合气体的密度一直不变，所以不能说明达平衡状态，故错误；
B．反应容器中气体压强不再变化，说明气体的物质的量不变，达平衡状态，故正确；
C．混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的物质的量不变，达平衡状态，故正确；
D．生成CH3OH速率是生成H2速率的2倍，不能说明速率不变，所以不能说明达平衡状态，故错误；
故选：BC；
③将l molCO和2molH2通入1L密闭容器中，在300℃下，达到平衡时CO的转化率为90%，
           CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
c（初）      1             2                 0
c（变）      0.9         1.8               0.9
c（平）      0.1        0.2                0.9
所以K=$\frac{0.9}{0.1×0．{2}^{2}}$=225，故答案为：225；
（5）①反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）生成水对副反应2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）起抑制作用，所以会有较多的副产品CH3OCH3生成，故答案为：CO2与H2反应生成H2O能抑制CH3OCH3的生成；
②形成积碳，但加入适量的CO2，生成一氧化碳气体，所以反应的化学方程式为：C+CO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO，故答案为：C+CO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO．

点评 本题考查的知识点较多，题目综合性较强，难度较大，主要考查了化学平衡常数大小 的比较、盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算，有一定的难度．

练习册系列答案
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3．下列依据热化学方程式得出的结论正确的是（　　）
A．已知2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6 kJ•mol-1，则氢气的燃烧热为241.8 kJ•mol-1
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C．已知2C（s）+2O2（g）═2CO2（g）△H=a，2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H=b，则a＞b
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8．电力工业所需的钢制构件在镀锌前需要经过酸洗，其基本原理是用盐酸除去其表面的Fe2O3•2H2O及FeO等杂质．回收废酸同时生产含铁产品的流程如图：
已知：i．酸洗钢制构件后得到废酸的主要成分如表所示．
成分Cl-游离HClFe2+Fe3+
含量g•/L-1130-16050-7060-800
ii pH＜4时，Fe2+不易被氧气氧化．
（1）酸洗钢制构件时发生反应的离子方程式：2H++FeO=Fe2++H2O、6H++Fe2O3•H2O+Fe═3Fe2++4H2O．
（2）过程II中，发生的主要反应：FeCl2（s）十H2SO4（aq）?FeSO4（s）+2HCl（ aq）．
①加入过量H2SO4的作用是抑制Fe2+水解：防止pH＞4时，Fe2+被氧气氧化：同时提供H+利于HC1气体的逸出；提供SO42-利于FeSO4固体析出（至少写出两点）．
②用化学平衡原理解释鼓入空气的目的：空气带走HCl气体，促进平衡FeCl2（s）+H 2SO4（aq）?FeSO4（s）+2HCl（aq）向正反应方向移动，有利于FeSO4固体的析出．
（3）过程III中，FeSO4隔绝空气焙烧得到的尾气中含有两种可用于生产硫酸的氧化物，此过程发生反应的化学方程式是2FeSO4$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Fe2O3+SO2↑+SO3↑．
（4）过程IV发生反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+8Cl-+2H+═2FeCl4-+2H2O．
（5）过程V：阴离子交换树脂可将FeCl4-选择性吸附分离，其过程可表示为ROH+X- $?_{脱附}^{吸附}$RX+OH-．当树脂吸附饱和后可直接用水洗涤树脂进行脱附，同时脱附过程发生反应：FeCl4-?Fe3++4C1-．
①吸附后溶液酸性下降的原因是利用阴离于空换树脂进行吸附时，树脂上的OH-被交换下来进入吸附后溶液．
②洗脱液中主要含有的溶质是FeCl3和HC1．
18．工业上常以铬铁矿（主要成分为亚铬酸亚铁FeCr2O4，还有Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料生产红矾钠（Na2Cr2O7），某实验小组模拟其流程如图1所示：
（1）FeCr2O4中Cr的化合价为+3，步骤①焙烧时所用的仪器名称为铁坩埚；步骤①中生成Na2CrO4的化学方程式为4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2．
（2）步骤①煅烧反应极慢，需要升温至纯碱呈熔融状态，反应速率才能加快，其主要原因为纯碱融化后，增大反应物的接触面积，使反应速率加快．
（3）步骤②过滤时所用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒；
（4）步骤③用硫酸将溶液的pH调至中性，所得滤渣2的主要成分是H2SiO3（H4SiO4或SiO2•H2O）、Al（OH）3；
（5）步骤④向滤液2加入硫酸酸化过程中，溶液由黄色变为橙色，反应的离子方程式为2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O．
（6）图2是Na2Cr2O7•2H2O和Na2SO4的溶解度曲线，步骤④中获得副产品Na2SO4的实验操作方法为将滤液2加热浓缩后趁热过滤得副产品Na2SO4．
5．氮是地球上含量丰富的一种元素，“固氮”在工农业生产中有着重要作用，是几百年来科学家一直研究的课题．表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值．
反应大气固氮
N2（g）+O2（g）?2NO（g）		工业固氮
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
温度/℃27200025400450
K3.84×10-310.15×10-82×1047×103
（1）①分析数据可知：大气固氮反应属于吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
②在一定温度下，将一定足的N2和O2通入到体积为1L的密闭容器中，当“大气固氮”反应达到平衡后，改变下列条件，能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是b．
a．增大压强    b．增大反应物的浓度     c．使用催化剂   d．升高温度
③从分子结构角度解释“大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高的原因：氮气分子中N≡N键能很大，断开N≡N需要吸收较高能量．
（2）分析表格数据可知“大气固氮”的反应正向进行的程度小，不适合大规模生产，故世界各国均采用合成氨的方法进行工业固氮．
①从平衡移动角度考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适．

②将0.1molN2和0.1molH2通入一容积可变的容器中进行工业固氮反应，则下图所示N2的平衡转化率在不同压强（P1，P2）下随温度变化的曲线正确的是A（填“A”或“B”）；比较P1、P2的大小关系 р2＞р1；若300℃、压强P2时达到平衡，容器容积恰为100L，则此状态下反应的平衡常数K=1.3×l05 （计算结果保留2位有效数字）．
③合成氨反应达到平衡后，t1时刻氮气浓度欲发生图C变化可采取的措施是容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度．
（3）近年近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，
反应原理为：2N2（g）+6H2O（l）?4NH3（g）+3O2（g），则其反应热△H=+1530 kJ•mol-1．
（已知：
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H1=-92.4kJ•mol-1
2H2（g）+O2（g）?2H2O（l）△H2=-571.6kJ•mol-1 ）
9．下列各组物质相互混合反应，既有气体生成，最终又有沉淀生成的是（　　）
①金属钠投入到FeCl3溶液        
②过量NaOH溶液和明矾溶液
③Na2O2投入FeCl2溶液．
A．①B．③C．②③D．①③
10．下列说法中不正确的是（　　）
A．强酸、强碱、大多数盐是强电解质，弱酸、弱碱和水是弱电解质
B．电解质溶液导电性的强弱跟单位体积溶液里自由移动的离子多少有关
C．具有强极性共价键的化合物一定是强电解质
D．硫酸钠是强电解质，碳酸氢钠也是强电解质

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