Question

4．科學家對一碳化學進行了廣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與H₂合成CH₃CH=CH₂的熱化學方程式為3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol．
（2）現向三個體積均為2L的恒容密閉容器I、II、Ⅲ中，均分別充入1molCO 和2mo1H₂，發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol．三個容器的反應溫度分別為T_l、T₂、T₃且恒定不變．當反應均進行到5min時H₂的體積分數如圖1所示，其中只有一個容器中的反應已經達到平衡狀態(tài)．
①5min時三個容器中的反應達到化學平衡狀態(tài)的是容器Ⅲ（填序號）．
②0-5min內容器I中用CH₃OH表示的化學反應速率v（CH₃OH）=0.067 mol/（L•min）．
③當三個容器中的反應均達到平衡狀態(tài)時，CO的轉化率最高的是容器I．（填序號，下同）；平衡常數最小的是容器Ⅲ．
（3）CO常用于工業(yè)冶煉金屬，在不同溫度下用CO 還原四種金屬氧化物，達到平衡后氣體中l(wèi)g$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$與溫度（T）的關系如圖2所示．下列說法正確的是bc（填字母）．
a．工業(yè)上可以通過增高反應裝置來延長礦石和CO接觸面積，減少尾氣中CO的含量
b．CO用于工業(yè)冶煉金屬鉻（Cr）時，還原效率不高
c．工業(yè)冶煉金屬銅（Cu） 時，600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大
（4）該廠工業(yè)廢水中含有甲醛，該廠降解甲醛的反應機理如圖3所示，則X表示的粒子是HCO₃^-，總反應的化學方程式為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
蓋斯定律計算①×3+②得到CO與H₂合成CH₃CH=CH₂的熱化學方程式；
（2）①溫度越高反應速率越快，達到平衡狀態(tài)時需要時間越短，反應已經達到平衡狀態(tài)的是Ⅲ；
②利用三段式求出反應生成的甲醇的物質的量濃度，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
③當三個容器中的反應均達到平衡狀態(tài)時，該反應為放熱反應，溫度越低，反應向正方向進行的程度越大；
（3）a、增高爐的高度，增大CO與鐵礦石的接觸，不能影響平衡移動，CO的利用率不變；
b、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，說明CO轉化率很低，故不適合；
c、由圖象可知溫度越低lg[c（CO）/c（CO₂）]越小，故CO轉化率越高；
（4）氧離子與-CHO轉化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個過程是甲醛氧化生成二氧化碳與水．

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
蓋斯定律計算①×3+②得到CO與H₂合成CH₃CH=CH₂的熱化學方程式：3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol，
故答案為：3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol；
（2）①三個容器的反應溫度分別為T_l、T₂、T₃且恒定不變．當反應均進行到5min時H₂的體積分數如圖1所示，溫度越高反應速率越快，達到平衡時間越短，其中只有一個容器中的反應已經達到平衡狀態(tài)，最有可能是Ⅲ，是平衡后升溫平衡逆向進行，氫氣含量最大，
故答案為：Ⅲ；
②設反應生成的甲醇為xmol/L，
                      CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．
開始（mol/L）：0.5           1               0
轉化（mol/L）：x              2x            x
平衡（mol/L）：0.5-x         1-2x           x
到5min時，氫氣的體積分數為0.4，
則$\frac{1-2x}{0.5-x+1-2x+x}$=0.4，則x=$\frac{1}{3}$mol/L，
容器I中用CH₃OH表示的化學反應速率v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$═0.067mol/（L•min），
故答案為：0.067 mol/（L•min）；
③當三個容器中的反應均達到平衡狀態(tài)時，該反應為放熱反應，溫度越低，反應向正方向進行的程度越大，Ⅰ中CO轉化率最大，升溫平衡逆向進行，Ⅲ平衡常數最小，
故答案為：Ⅰ；III；
（3）a、增高爐的高度，增大CO與鐵礦石的接觸，不能影響平衡移動，CO的利用率不變，故a錯誤；
b、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，說明CO轉化率很低，故b正確；
c、由圖象可知溫度越低，lg[c（CO）/c（CO₂）]越小，故CO轉化率越高，工業(yè)冶煉金屬銅（Cu） 時，600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大，故c正確；
故答案為：bc；
（4）氧離子與-CHO轉化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個過程是甲醛氧化生成二氧化碳與水，可得該反應的總反應方程式為：HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O，
故答案為：HCO₃^-，HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O．

點評 本題主要考查了蓋斯定律的應用、電極方程式及其化學方程式的書寫、根據圖象對平衡移動的判斷等，重在培養(yǎng)學生能夠利用化學知識提取題干的信息進行答題的能力，綜合性強，題目難度中等；