Question

乙醇是一种可燃性液体，按一定比例混合的乙醇汽油是一种新型清洁车用燃料，某科研机构研究利用CO₂合成乙醇的方法：
（i）2CO₂(g)+6H₂(g) CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g) ΔH₁
原料气氢气
（ii）CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)   ΔH₂
回答下列问题：
（1）使用乙醇汽油（汽油用戊烷代替）燃料时．气缸工作时进行的反应较多，写出燃烧产生有毒气体CO、NO的所有反应的化学方程式：________________________。
（2）反应(i)中能够提高氢气转化率的措施有____。

A．增大压强

B．加催化剂

C．增大CO2的浓度

D．及时分离体系中的乙醇

（3）利用CO合成乙醇是目前工业生产较为成熟的工艺。已知下列热化学方程式：
（iii）CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)   ΔH₃
写出以CO(g)与H₂(g)为原料合成乙醇的热化学方程式：___________________（焓变用H₁、H₃表示）。
（4）反应(ii)中的甲烷和水蒸气是在特定的催化剂表面上进行的，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

由此推知反应(ii)的焓变H₂________0（填“>”、“=”或“<”）。某温度下，向容积为1 L的密闭容器中加入1 mol甲烷和1mol水蒸气，经过5h反应达到平衡状态，此时测得CH₄的浓度变为0.5 mol/L。该温度下，反应(ii)的平衡常数K=__________________，反应开始至达到平衡时氢气的反应速率v(H₂)=_________。
（5）机动车在改用乙醇汽油后，并不能减少氮氧化物的排放。使用合适的催化剂可使NO转化为氮气，实验测得NO转化为氮气的转化率随温度变化曲线如下图所示：

由图像可知，在没有CO情况下，温度超过775K，NO的转化率减小，造成这种现象的原因可能是___________________________；在NO和CO物质的量之比为1：1的情况下，应控制的最佳温度为__________________左右。

Answer 1

（1）CH₃CH₂OH＋2O₂2CO＋3H₂O ;2C₅H₁₂＋11O₂10CO＋12H₂O  N₂＋O₂2NO
（2）A C D
（3）2CO(g)＋4H₂(g)=CH₃CH₂OH(g)＋H₂O(g) ΔH₁+2ΔH₃
（4）>  6.75  0.3mol/( L·h)
（5）NO分解反应是放热反应，达平衡后，温度升高，则平衡逆向移动   850K（810－880K均正确）

试题分析：（1）燃料CH₃CH₂OH、C₅H₁₂不完全燃烧会产生CO。其反应方程式为：CH₃CH₂OH＋2O₂2CO＋3H₂O    2C₅H₁₂＋11O₂10CO＋12H₂O在气缸内产生NO的方程式为：N₂＋O₂2NO。（2）反应（i）的正反应为气体体积减小的反应。所以要提高氢气转化率可以通过增大反应物CO₂的浓度、减小生成物乙醇的浓度或增大压强等措施来实现。由于催化剂能同等倍数的改变正反应、逆反应的速率，所以平衡不发生移动。乙醇选项为ACD。（3）①＋③×2，整理可得：2CO(g)＋4H₂(g)=CH₃CH₂OH(g)＋H₂O(g) ΔH₁+2ΔH₃。（4）由图像可以看出：升高温度，化学平衡常数增大。即：升高温度，化学平衡向正反应方向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。正反应方向为吸热反应。所以反应(ii)的焓变ΔH₂>0。对于反应（ⅱ）在反应开始时，c(CH₄)=1mol/L;c(H₂O)="1mol/L." c(CO)= c(H₂)=0.当反应达到平衡时，c(CH₄)=" 0.5" mol/L;c(H₂O)=" 0.5" mol/L， c(CO)=" 0.5" mol/L ；c(H₂)=" 1.5" mol/L。所以化学平衡常数为：。从反应开始至达到平衡时氢气的反应速率v(H₂)="Δc/Δt=1.5mol/L÷5h=0.3mol/(" L·h). （5）在没有CO情况下，温度超过775K，NO的转化率减小，造成这种现象的原因可能是NO分解反应是放热反应，达平衡后，温度升高，则平衡逆向移动，导致分解率降低。由图像可以看出在NO：CO=1:1时NO的转化率随温度的升高而增大。当温度在850K时NO的转化率最大。所以应控制的最佳温度为850K左右。