Question

18．数十年来，化学工作者对碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得了一些重要成果．在高温高压下CO具有极高的化学活性，能与多种单质或化合物反应．
（1）工业上常采用水蒸气喷到灼热的炭层上实现煤的气化（制得CO、H₂），该反应的化学方程式是C+H₂O=CO+H₂
（2）上述煤气化过程中需向炭层交替喷入空气和水蒸气，喷入空气的目的是让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；反应生成的气体在加热、催化剂作用条件下可合成液体燃料甲醇，该反应的化学方程式为CO+2H₂$\frac{\underline{\;一定温度\;}}{催化剂}$CH₃OH．
（3）一定条件下，CO与H₂可合成甲烷，反应方程式为：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O （g）该条件下，该反应能够自发进行的原因是该反应△H＜0．
（4）CO-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-．该电池正极的电极反应式为O₂+4e^-=2O^2-．
（5）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，反应方程式为：
CH₃OH（g）+CO（g）$?_{加热}^{催化剂}$HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ•mol^-1
科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素，工业制取甲酸甲酯应选择的压强为b．
a．3.5×10⁶Pa   b．4.0×10⁶Pa   c．5.0×10⁶Pa
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是温度低于80℃，反应速率较小；温度高于80℃，升温对反应速率影响较小，且该反应放热，升高温度平衡逆向移动，转化率降低．

Answer 1

分析 （1）水蒸气喷到灼热的炭层上发生反应生成CO和H₂；
（2）根据（1）煤和水蒸气的反应生成一氧化碳和氢气要吸热，故喷入空气的目的是让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；一氧化碳和氢气，在一定条件下合成甲醇，据此书写方程式；
（3）依据自发进行的判断依据△H-T△S＜0分析；
（4）CO一空气燃料电池，氧气在正极得电子发生还原反应；
（5）①依据转化率曲线分析判断；
②图象分析速率随温度变化的趋势分析回答．

解答 解：（1）水蒸气喷到灼热的炭层上发生反应生成CO和H₂，则该反应的化学方程式是C+H₂O=CO+H₂，故答案为：C+H₂O=CO+H₂；
（2）根据（1）煤和水蒸气的反应生成一氧化碳和氢气要吸热，故喷入空气的目的是让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；
一氧化碳和氢气在一定条件下合成甲醇的原理为：CO+2H₂$\frac{\underline{\;一定温度\;}}{催化剂}$CH₃OH；
故答案为：让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；CO+2H₂$\frac{\underline{\;一定温度\;}}{催化剂}$CH₃OH；
（3）CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反应△S＜0，依据自发进行的判断依据△H-T△S＜0，所以△H＜0，故答案为：该反应△H＜0；
（4）CO一空气燃料电池，氧气在正极得电子发生还原反应，电解质是搀杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-，该电池正极的电极反应式为：O₂+4e^-=2O^2-，故答案为：O₂+4e^-=2O^2-；
（5）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率较大的是4.0×10⁶Pa，故选：b；
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，所以实际工业生产中采用的温度是80℃，故答案为：80℃；温度低于80℃，反应速率较小；温度高于80℃，升温对反应速率影响较小，且该反应放热，升高温度平衡逆向移动，转化率降低．

点评 本题主要考查了电极方程式及其化学方程式的书写、图象分析判断，题目难度中等，重在培养学生能够利用化学知识提取题干的信息进行答题的能力，综合性强，难度较大．