Question

【题目】随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳-化学(C1化学)成为研究的热点。“碳一化学”即以单质碳及CO、CO2、CH4、CH3OH等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺．

（1）将CO2转化成有机物课有效实现碳循环。CO2转化成有机物的例子很多，如：

a.6CO2+6H2OC6H12O6+6O2

b.CO2+3H2OCH3OH+H2O

c.CO2+CH4CH3COOH

d.2CO2+6H2CH2=CH2+4H2O

在以上属于人工转化的反应中，原子利用率最高的是_______（填序号）。

（2）CO可用于合成甲醇。在压强0.1MPa条件下，在体积为bL的密闭容器中充入和，在催化剂作用下合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图。

①该反应属于_______反应（填“吸热”或“放热”）。若一个可逆反应的平衡常数K值很大，对此反应的说法正确的是____（填序号）。

a.反应使用催化剂意义不大

b.该反应发生将在很短时间内完成

c.该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小

d.该反应一定是放热反应

②100℃时，该反应的平衡常数K=________(用a,b的代数式表示)。

（3）二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。

①工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

a.2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H1=-90.8kJmol-1

b.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJmol-

c.CO(g)+H2O(g)CO2(g0+H2(g)△H3=-41.3kJmol

总反应：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=___．

②对于反应b，在温度和容积不变的条件下，能说明该反应已达到平衡状态的是_____（填字母）。

a.n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O)

b.容器内压强保持不变

c.H2O(g)的浓度保持不变

d.CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2:1

（4）以KOH溶液为电解质，用二甲醚-空气组成燃料，其中负极的电极反应式为_______。

（5）碳化合物在治理汽车尾气方面也大有可为，如CO、CH4等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质。写出CO与氮氧化物（NOx）在有催化剂的条件下反应的化学方程式____________。

Answer 1

【答案】 c 放热 c b2/a2 -246.4kJmol-1 cd CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O 2xCO+2NOx2xCO2+N2

【解析】（1）反应物全部转化为生成物，原子利用率最高，上述四个反应中，只有c符合题意要求；正确选项 c。

（2）①根据图像可知，当压强不变时，温度升高，CO的转化率减小，平衡左移，该反应为放热反应；可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，不能说明该反应在通常条件下一定可以发生，该反应可能需要催化剂才可以进行，a错误；可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，不能说明该条件下反应速率很快，b错误；可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小，c正确；可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，不能说明该反应是吸热还是放热，d错误；正确答案：放热 ；c 。

②100℃，平衡时CO的转化率为0.5，所以参加反应的CO的物质的量为0.5amol。
所以平衡时，CO的浓度为0.5a/b= a/2b mol/L， H2的浓度为a/b=mol/L，CH3OH的浓度为0.5a/b=a/2b mol/L，100℃时该反应的平衡常数K═=；正确答案：b2/a2。

（3）由盖斯定律可知，通过①×2＋②＋③可得所求反应方程式，则ΔH＝－90.8×2－23.5－41.3＝－246.4 kJ/mol；正确答案：-246.4kJmol-1。

②平衡时各物质物质的量相等决定于开始加入物质的多少和反应限度,与平衡状态无关,所n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O) ，无法判断是否达到平衡状态,a错误；该反应是体积不变的反应,容器内压强恒为定值，无法判断是否达到平衡状态, b错误；反应达到平衡后，各物质的浓度保持不变，因此H2O(g)的浓度保持不变，可以判断反应达到平衡状态, c正确；C. 当CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2:1时，才能表示正逆反应速率,且满足计量数关系,说明达到了平衡状态, d正确；正确选项cd。

（4）二甲醚-空气组成燃料电池，二甲醚做负极，发生氧化反应，负极的电极反应式为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O；正确答案：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

（5）CO与氮氧化物（NOx）在有催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氮气，化学方程式为：2xCO+2NOx2xCO2+N2；正确答案：2xCO+2NOx2xCO2+N2。