Question

2．隨著能源與環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越被人們關(guān)注，碳一化學(xué)成為研究的熱點(diǎn)．“碳一化學(xué)”即以單質(zhì)碳及CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等含一個(gè)碳原子的物質(zhì)為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)工藝．
（1）將CO₂轉(zhuǎn)化成有機(jī)物可有效實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，CO₂轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的例子有很多，如：
a．6CO₂+6H₂O$\stackrel{光合作用}{→}$C₆H₁₂O₆+6O₂
b．CO₂+3H₂$→_{△}^{催化劑}$CH₃OH+H₂O
c．CO₂+CH₄$→_{△}^{催化劑}$CH₃COOH
d．2CO₂+6H₂$→_{△}^{催化劑}$CH₂═CH₂+4H₂O
在以上屬于人工轉(zhuǎn)化的反應(yīng)中，原子利用率最高的是c（填序號(hào)）．
（2）CO可用于合成甲醇．在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，在體積為b L的密閉容器中充入a mol CO和2a mol H₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖．
①該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．若一個(gè)可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K值很大，對(duì)此反應(yīng)的說(shuō)法正確的是c（填序號(hào)）．
a．反應(yīng)使用催化劑意義不大
b．該反應(yīng)發(fā)生將在很短時(shí)間內(nèi)完成
c．該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物百分含量很小
d．該反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)
②100℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（3）二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用．工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚．
①工業(yè)上利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：
a．2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.8kJ•mol^-1
b．2CH₃OH（g）??CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
c．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.3kJ•mol^-1
總反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.4kJ•mol^-1．
②對(duì)于反應(yīng)b，在溫度和容積不變的條件下，能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是cd（填字母）．
a．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O）
b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
c．H₂O（g）的濃度保持不變
d．CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1．

Answer 1

分析 （1）原子利用率最高的是把所有的反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物；
（2）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷；
②利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，進(jìn)而求出平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（3）①利用熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式，熱化學(xué)方程式2a+b+c計(jì)算得到；
②當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理性不變，
a、是某一時(shí)刻的特殊值，不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡；
b、任意時(shí)刻該反應(yīng)的壓強(qiáng)都不變；不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡；某一物質(zhì)的濃度保持不變說(shuō)明達(dá)到平衡；
c、濃度不變時(shí)為平衡的標(biāo)志；
d、消耗速率得出CH₃OH的正、逆反應(yīng)速率相等，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡．

解答 解：（1）原子利用率最高的是把所有的反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，原子利用率100%；
a、CO₂轉(zhuǎn)化為C₆H₁₂O₆之外還有氧氣產(chǎn)生，故a錯(cuò)誤；
b、CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃OH有水產(chǎn)生，故b錯(cuò)誤；
c、CO₂和CH₄反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為劑CH₃COOH，故c正確；
d、CO₂和H₂反應(yīng)生成乙烯之外還有水的生成，故d錯(cuò)誤；
故答案為：c；
（2）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
a．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應(yīng)可能需要催化劑才可以進(jìn)行，故a錯(cuò)誤；
b．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該條件下反應(yīng)速率很快，故b錯(cuò)誤；
c．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該反應(yīng)是吸熱還是放熱，故d錯(cuò)誤，
故答案為：放熱；c；
②100℃，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為0.5amol．
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開始（mol）：a       2a         0
變化（mol）：0.5a    a         0.5a
平衡（mol）：0.5a    a          0.5a
平衡（mol/L）$\frac{0.5a}$    $\frac{a}$         $\frac{0.5a}$
100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)k=$\frac{\frac{0.5amol}{bL}}{\frac{0.5amol}{bL}（\frac{amol}{bL}）^{2}}$=$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$；
故答案為：$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$；
（3）①a、2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
b、2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
c、CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，通過(guò)a×2+b+c可得所求熱反應(yīng)方程式，3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
故答案為：-246.4kJ•mol^-1；
②a．達(dá)到平衡時(shí)，物質(zhì)的量不變，不是相等，故a錯(cuò)誤；
b．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，無(wú)論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)始終不變，所以不能根據(jù)平衡體系的總壓判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度不變，故c正確；
d．CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1，符合正逆反應(yīng)速率相等，故d正確；
故選cd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、影響化學(xué)平衡的因素、熱化學(xué)方程式書寫等，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．