Question

20．碳及其化合物在有机合成、能源开发等方面具有十分广泛的应用．
Ⅰ．工业生产精细化工产品乙二醛（OHC-CHO）
（1）乙醛（CH₃CHO）液相硝酸氧化法
在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，此反应的化学方程式为3CH₃CHO+4HNO₃$\stackrel{Cu（NO_{3}）_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O．该法具有原料易得、反应条件温和等优点，但也存在比较明显的缺点：生成的NO会污染空气，硝酸会腐蚀设备．
（2）乙二醛（HOCH₂CH₂OH）气相氧化法
①已知：2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1，化学平衡常数为K₁
OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1，化学平衡常数为K₂ 
 则乙二醇气相氧化反应HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）的△H=-406．相同温度下，该反应的化学平衡常数K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$（用含K₁、K₂的代数式表示）．
②当原料气中氧醇比为4：3时，乙二醛和副产物CO₂的产率与反应温度的关系如图（1）所示．反应温度在450～495℃之间和超过495℃时，乙二醛产率降低的主要原因分别是升高温度，主反应平衡逆向移动、温度超过495℃时，乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物．
Ⅱ．副产物CO₂的再利用
（3）一定量的CO₂与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应：C（s）+CO₂（g）?2CO（g），平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图（2）所示，则下列说法正确的是B．（填字母）
A.550℃时，若充入氢气，则v_正、v_逆均减小，平衡不移动
B.650℃时，反应达平衡后CO₂的转化率为25.0%
C．T℃时，若再充入等物质的量的CO₂和CO，平衡向逆反应方向移动
D.925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的呼吸平衡常数K_p=24.0p_总
已知：计算用平衡分压代替平衡浓度，气体分压（p_分）=气体总压（p_总）×体积分数

Answer 1

分析 Ⅰ（1）在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，硝酸被还原为NO；生成的NO会污染空气，硝酸会腐蚀设备；
（2）①已知：Ⅰ．OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1 K₁
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1 K₂
根据盖斯定律，Ⅱ-Ⅰ可得：HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g），反应热也进行相应计算，平衡常数为反应Ⅱ与Ⅰ的平衡常数的商；
②主反应HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）为放热反应，升高温度平衡逆向移动；温度超过495℃时，乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物；
Ⅱ（3）A．可变的恒压密闭容器中反应，550℃时若充入惰性气体，相当于减小压强，则v_正，v_逆均减小，又该反应是气体体积增大的反应，则平衡正向移动；
B．由图可知，650℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1mol，根据三段式进行计算；
C．由图可知，T℃时，反应达平衡后CO和CO₂的体积分数都为50%即为平衡状态；
D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p=$\frac{{P（CO）}^{2}}{{P（C{O}_{2}）}^{2}}$，据此计算．

解答 解：（1）在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，硝酸被还原为NO，反应方程式为：3CH₃CHO+4HNO₃$\stackrel{Cu（NO_{3}）_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O，存在比较明显的缺点是：生成的NO会污染空气，硝酸会腐蚀设备，
故答案为：3CH₃CHO+4HNO₃$\stackrel{Cu（NO_{3}）_{2}}{→}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O；生成的NO会污染空气，硝酸会腐蚀设备；
（2）①已知：Ⅰ．OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1 K₁
Ⅱ．2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1 K₂
根据盖斯定律，Ⅱ-Ⅰ可得：HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g），则△H=-484kJ•mol^-1-（-78kJ•mol^-1）=-406kJ•mol^-1，平衡常数K反应Ⅱ与Ⅰ的平衡常数的商，即K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$，故答案为：-406；$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$；
②主反应HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）为放热反应，升高温度平衡逆向移动；温度超过495℃时，乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物，使乙二醛产率降低，
故答案为：升高温度，主反应平衡逆向移动；温度超过495℃时，乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物；
Ⅱ（3）A．可变的恒压密闭容器中反应，550℃时若充入惰性气体，相当于减小压强，则v_正，v_逆均减小，又该反应是气体体积增大的反应，则平衡正向移动，故A错误；
B．由图可知，650℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1mol，转化了xmol，
则有C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
开始       1         0
转化        x         2x
平衡      1-x        2x
所以$\frac{2x}{1-x+2x}$×100%=40%，解得x=0.25mol，则CO₂的转化率为$\frac{0.25}{1}$×100%=25%，故B正确；
C．由图可知，T℃时，反应达平衡后CO和CO₂的体积分数都为50%即为平衡状态，所以平衡不移动，故C错误；
D．925℃时，CO的体积分数为96%，则CO₂的体积分数都为4%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p=$\frac{{P（CO）}^{2}}{{P（C{O}_{2}）}^{2}}$=$\frac{{（0.96P）}^{2}}{0.04P}$=23.0P，故D错误；
故选：B．

点评 本题考查化学平衡常数计算、运用盖斯定律计算反应热、新情境下的方程式的书写、化学平衡图象分析、阅读题目获取信息的能力等，难度中等，需要学生具备运用信息与基础知识分析问题、解决问题的能力．