Question

4．科學(xué)家對(duì)一碳化學(xué)進(jìn)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(xué)方程式為3CO（g）+6H₂（g）?CH₃CH=CH₂（g）+3H₂O（g）△H=-301.3kJ/mol．
（2）現(xiàn)向三個(gè)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(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ/mol．三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T_l、T₂、T₃且恒定不變．當(dāng)反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示，其中只有一個(gè)容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)．
①5min時(shí)三個(gè)容器中的反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是容器Ⅲ（填序號(hào)）．
②0-5min內(nèi)容器I中用CH₃OH表示的化學(xué)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.067 mol/（L•min）．
③當(dāng)三個(gè)容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率最高的是容器I．（填序號(hào)，下同）；平衡常數(shù)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(dá)到平衡后氣體中l(wèi)g$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$與溫度（T）的關(guān)系如圖2所示．下列說(shuō)法正確的是bc（填字母）．
a．工業(yè)上可以通過(guò)增高反應(yīng)裝置來(lái)延長(zhǎng)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(shí)，還原效率不高
c．工業(yè)冶煉金屬銅（Cu） 時(shí)，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(yīng)機(jī)理如圖3所示，則X表示的粒子是HCO₃^-，總反應(yīng)的化學(xué)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(jì)算①×3+②得到CO與H₂合成CH₃CH=CH₂的熱化學(xué)方程式；
（2）①溫度越高反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)需要時(shí)間越短，反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是Ⅲ；
②利用三段式求出反應(yīng)生成的甲醇的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
③當(dāng)三個(gè)容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，反應(yīng)向正方向進(jìn)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(dòng)，CO的利用率不變；
b、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時(shí)，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，說(shuō)明CO轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率越高；
（4）氧離子與-CHO轉(zhuǎn)化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個(gè)過(guò)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(jì)算①×3+②得到CO與H₂合成CH₃CH=CH₂的熱化學(xué)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(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T_l、T₂、T₃且恒定不變．當(dāng)反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示，溫度越高反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡時(shí)間越短，其中只有一個(gè)容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，最有可能是Ⅲ，是平衡后升溫平衡逆向進(jìn)行，氫氣含量最大，
故答案為：Ⅲ；
②設(shè)反應(yīng)生成的甲醇為xmol/L，
                      CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．
開始（mol/L）：0.5           1               0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：x              2x            x
平衡（mol/L）：0.5-x         1-2x           x
到5min時(shí)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)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(xué)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$═0.067mol/（L•min），
故答案為：0.067 mol/（L•min）；
③當(dāng)三個(gè)容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大，Ⅰ中CO轉(zhuǎn)化率最大，升溫平衡逆向進(jìn)行，Ⅲ平衡常數(shù)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(dòng)，CO的利用率不變，故a錯(cuò)誤；
b、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時(shí)，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，說(shuō)明CO轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率越高，工業(yè)冶煉金屬銅（Cu） 時(shí)，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(zhuǎn)化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個(gè)過(guò)程是甲醛氧化生成二氧化碳與水，可得該反應(yīng)的總反應(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、電極方程式及其化學(xué)方程式的書寫、根據(jù)圖象對(duì)平衡移動(dòng)的判斷等，重在培養(yǎng)學(xué)生能夠利用化學(xué)知識(shí)提取題干的信息進(jìn)行答題的能力，綜合性強(qiáng)，題目難度中等；