Question

19．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醛，主要反應如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂═-58kJ．mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H
（1）應①的化學平衡常數(shù)K的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；反應③的△H=+41kJ•mol^-1
（2）合成氣的組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時體系中的CO平衡轉化率（α）與溫度和壓強的關系如圖1示．圖中壓強
p₁、p₂、p₃由大到小順序為P₁＞P₂＞P₃；α（CO）值隨溫度升高而減小，其原因是反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結果，隨溫度升高，CO的轉化率減�。�
（3）工業(yè)生產(chǎn)中需對空氣中的CO進行監(jiān)測．
①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀，每生成5.3gPd沉淀，反應轉移電子數(shù)為0.1N_A ．
②使用電化學一氧化碳氣體傳感器定量檢測空氣中CO含量，其模型如圖2所示．這種傳感器利用了原電池原理，則該電池的負極反應式為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．．
（4）CO與Fe在一定條件下可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物易吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應生成四羥基鐵酸二鈉．五羰基鐵吸收H₂的化學方程式為Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$，①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1 ，②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂═-58kJ．mol^-1，利用反應熱化學方程式和蓋斯定律計算得到③的反應熱；
（2）由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉化率降低，根據(jù)升高溫度對反應①、③的影響，進行分析CO轉化率變化原因；
相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子式減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大；
（3）①依據(jù)生成Pd質量，結合PdCl₂～Pd～2e^-，計算分析；
②依據(jù)原電池原理分析，測定一氧化碳氣體含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳，原電池的負極是失電子發(fā)生氧化反應，據(jù)此書寫負極電極反應；
（4）氫化羰基鐵為二元弱酸，結合原子守恒分析書寫化學方程式．

解答 解：（1）應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1的化學平衡常數(shù)K的表達式=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1 ，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂═-58kJ．mol^-1，
利用反應熱化學方程式和蓋斯定律計算②-①得到③的反應的熱化學方程式CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41KJ/mol，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；+41；
（2）由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉化率減小，反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結果，隨溫度升高，CO的轉化率減�。�
相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，故增大壓強有利于CO的轉化率升高，故壓強：P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：P₁＞P₂＞P₃；反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結果，隨溫度升高，CO的轉化率減小；
（3）①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，物質的量=$\frac{5.3mol}{106g/mol}$=0.05mol，依據(jù)PdCl₂～Pd～2e-，轉移電子數(shù)為0.05mol×2×N_A=0.1N_A，
故答案為：0.1N_A ；
②測定一氧化碳氣體含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳，原電池的負極是失電子發(fā)生氧化反應，酸性介質中負極電極反應為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺；
（4）Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當活潑，易于吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應生成四羰基鐵酸二鈉，依據(jù)題干信息推知，反應的化學方程式為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO，
故答案為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；

點評 本題考查反應熱有關計算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學平衡的影響因素、化學平衡圖象綜合應用、原電池原理分析等，側重考查學生分析計算能力，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．