Question

乙醇是一种可燃性液体，按一定比例混合的乙醇汽油是一种新型清洁车用燃料，某科研机构研究利用CO₂合成乙醇的方法：
（Ⅰ）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H₁
原料气氢气
（Ⅱ）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂
回答下列问题：
（1）使用乙醇汽油（汽油用戊烷代替）燃料时．气缸工作时进行的反应较多，写出燃烧产生有毒气体CO、NO的所有反应的化学方程式：

 

．
（2）反应（i）中能够提高氢气转化率的措施有

 

．
a．增大压强          b．加催化剂
c．增大CO₂的浓度     d．及时分离体系中的乙醇
（3）利用CO合成乙醇是目前工业生产较为成熟的工艺．已知下列热化学方程式：
（Ⅲ）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
写出以CO（g）与H₂（g）为原料合成乙醇的热化学方程式：

 

（焓变用△H₁、△H₃表示）．
（4）反应（Ⅱ）中的甲烷和水蒸气是在特定的催化剂表面上进行的，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

由此推知反应（Ⅱ）的焓变△H₂

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．某温度下，向容积为1L的密闭容器中加入1mol甲烷和1mol水蒸气，经过5h反应达到平衡状态，此时测得CH₄的浓度变为0.5mol?L^-1．该温度下，反应（Ⅱ）的平衡常数K=

 

，反应开始至达到平衡时氢气的反应速率v（H₂）=

 

．
（5）机动车在改用乙醇汽油后，并不能减少氮氧化物的排放．使用合适的催化剂可使NO转化为氮气，实验测得NO转化为氮气的转化率随温度变化曲线如图所示，由图象可知，在没有CO情况下，温度超过775K，NO的转化率减小，造成这种现象的原因可能是

 

；在NO和CO物质的量之比为1：1的情况下，应控制的最佳温度为

 

左右．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,反应速率的定量表示方法,化学平衡建立的过程

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）乙醇不完全燃烧生成一氧化碳和水，戊烷不完全燃烧生成一氧化碳和水，空气中的氮气和氧气放电反应生成一氧化氮；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），能够提高氢气转化率的措施是改变条件使平衡正向进行，依据化学平衡移动原理分析判断；
（3）依据（Ⅰ）（Ⅲ）热化学方程式和盖斯定律计算得到CO（g）与H₂（g）为原料合成乙醇的热化学方程式；
（4）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），分析图标数据平衡常数随温度升高增大，说明反应是吸热反应；依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数，反应速率概念计算得到；
（5）高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；最佳温度应为NO的转化率最高时．

解答： 解：（1）乙醇不完全燃烧生成一氧化碳和水，戊烷不完全燃烧生成一氧化碳和水，空气中的氮气和氧气放电反应生成一氧化氮，烧产生有毒气体CO、NO的所有反应的化学方程式：CH₃CH₂OH+2O₂

点燃

2CO+3H₂O；2C₅H₁₂+11O₂

点燃

10CO+12H₂O； N₂+O₂

放电  .

2NO；
故答案为：CH₃CH₂OH+2O₂

点燃

2CO+3H₂O；2C₅H₁₂+11O₂

点燃

10CO+12H₂O； N₂+O₂

放电  .

2NO；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），能够提高氢气转化率的措施是改变条件使平衡正向进行；
a．反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向进行，氢气转化率增大，故a正确；         
b．加催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，氢气转化率不变，故b错误；
c．增大CO₂的浓度，会提高氢气转化率，故c正确；
d．及时分离体系中的乙醇，减少生成物，平衡正向进行，氢气转化率增大，故d正确；
故答案为：acd；
（3）（Ⅰ）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H₁
（Ⅲ）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
依据盖斯定律（Ⅰ）+2（Ⅲ）得到CO（g）与H₂（g）为原料合成乙醇的热化学方程式2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=△H₁+2△H₃；
故答案为：△H₁+2△H₃ ；
（4）分析图标数据平衡常数随温度升高增大，说明反应是吸热反应△H＞0；
依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数，反应速率概念计算得到； 某温度下，向容积为1L的密闭容器中加入1mol甲烷和1mol水蒸气，经过5h反应达到平衡状态，此时测得CH₄的浓度变为0.5mol?L^-1．            
                CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）  1        1         0       0
变化量（mol/L）  0.5      0.5       0.5     0.5
变化量（mol/L）  0.5      0.5       0.5     0.5
K=

0.5×0．53

0.5×0.5

=6.75；
反应开始至达到平衡时氢气的反应速率v（H₂）=

0.5mol/L

5h

=0.1mol/L?h；
故答案为：＞；6.75；0.1mol/L?h；
（5）①升高温度，发现NO的分解率降低，说明反应向逆反应方向进行，该反应放热；由图可知，在

n(NO)

n(CO)

=1的条件下，约900℃时，NO还原为N₂的转化率为较大，850℃以上时转化率增大幅度较小，则应控制在850℃，
故答案为：该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；850℃．

点评：本题考查较为综合，涉及化学反应与能量变化、化学平衡常数、反应速率计算应用，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意把握影响化学平衡的因素，难度中等．