Question

4．科学家对一碳化学进行了广泛深人的研究并取得了一些重要成果

（1）已知：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol；
3CH₃OH（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H₂=-31.0kJ/mol
CO与H₂合成CH₃CH=CH₂的热化学方程式为3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol．
（2）现向三个体积均为2L的恒容密闭容器I、II、Ⅲ中，均分别充入1molCO 和2mo1H₂，发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol．三个容器的反应温度分别为T_l、T₂、T₃且恒定不变．当反应均进行到5min时H₂的体积分数如图1所示，其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态．
①5min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是容器Ⅲ（填序号）．
②0-5min内容器I中用CH₃OH表示的化学反应速率v（CH₃OH）=0.067 mol/（L•min）．
③当三个容器中的反应均达到平衡状态时，CO的转化率最高的是容器I．（填序号，下同）；平衡常数最小的是容器Ⅲ．
（3）CO常用于工业冶炼金属，在不同温度下用CO 还原四种金属氧化物，达到平衡后气体中lg$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$与温度（T）的关系如图2所示．下列说法正确的是bc（填字母）．
a．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触面积，减少尾气中CO的含量
b．CO用于工业冶炼金属铬（Cr）时，还原效率不高
c．工业冶炼金属铜（Cu） 时，600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大
（4）该厂工业废水中含有甲醛，该厂降解甲醛的反应机理如图3所示，则X表示的粒子是HCO₃^-，总反应的化学方程式为HCHO+O₂ $\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol；
②3CH₃OH（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H₂=-31.0kJ/mol
盖斯定律计算①×3+②得到CO与H₂合成CH₃CH=CH₂的热化学方程式；
（2）①温度越高反应速率越快，达到平衡状态时需要时间越短，反应已经达到平衡状态的是Ⅲ；
②利用三段式求出反应生成的甲醇的物质的量浓度，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
③当三个容器中的反应均达到平衡状态时，该反应为放热反应，温度越低，反应向正方向进行的程度越大；
（3）a、增高炉的高度，增大CO与铁矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变；
b、由图象可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，说明CO转化率很低，故不适合；
c、由图象可知温度越低lg[c（CO）/c（CO₂）]越小，故CO转化率越高；
（4）氧离子与-CHO转化为X，而X与H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，整个过程是甲醛氧化生成二氧化碳与水．

解答 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol；
②3CH₃OH（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H₂=-31.0kJ/mol
盖斯定律计算①×3+②得到CO与H₂合成CH₃CH=CH₂的热化学方程式：3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol，
故答案为：3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol；
（2）①三个容器的反应温度分别为T_l、T₂、T₃且恒定不变．当反应均进行到5min时H₂的体积分数如图1所示，温度越高反应速率越快，达到平衡时间越短，其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态，最有可能是Ⅲ，是平衡后升温平衡逆向进行，氢气含量最大，
故答案为：Ⅲ；
②设反应生成的甲醇为xmol/L，
                      CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．
开始（mol/L）：0.5           1               0
转化（mol/L）：x              2x            x
平衡（mol/L）：0.5-x         1-2x           x
到5min时，氢气的体积分数为0.4，
则$\frac{1-2x}{0.5-x+1-2x+x}$=0.4，则x=$\frac{1}{3}$mol/L，
容器I中用CH₃OH表示的化学反应速率v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$═0.067mol/（L•min），
故答案为：0.067 mol/（L•min）；
③当三个容器中的反应均达到平衡状态时，该反应为放热反应，温度越低，反应向正方向进行的程度越大，Ⅰ中CO转化率最大，升温平衡逆向进行，Ⅲ平衡常数最小，
故答案为：Ⅰ；III；
（3）a、增高炉的高度，增大CO与铁矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，故a错误；
b、由图象可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，说明CO转化率很低，故b正确；
c、由图象可知温度越低，lg[c（CO）/c（CO₂）]越小，故CO转化率越高，工业冶炼金属铜（Cu） 时，600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大，故c正确；
故答案为：bc；
（4）氧离子与-CHO转化为X，而X与H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，整个过程是甲醛氧化生成二氧化碳与水，可得该反应的总反应方程式为：HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O，
故答案为：HCO₃^-，HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O．

点评 本题主要考查了盖斯定律的应用、电极方程式及其化学方程式的书写、根据图象对平衡移动的判断等，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，题目难度中等；