Question

【題目】2019年廈門(mén)大學(xué)王野教授課題組在合成氣(主要成分CO和H2)催化轉(zhuǎn)化制乙醇方面實(shí)施可控接力催化，按照:合成氣→甲醇→乙酸→乙醇的方式，成功實(shí)現(xiàn)乙醇的高選擇性合成。

（1）已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H1=-285.8KJ/mol；②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283KJ/mol；③CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2 H2O(l) △H3=-764.6 KJ/mol；

則工業(yè)上利用合成氣制備甲醇的可逆反應(yīng)熱化學(xué)方程式為______________________；

（2）恒溫恒容條件下，下列能說(shuō)明合成氣制甲醇的反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是_______；

A．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO的同時(shí)生成2n mol H2

B． v(H2)正= 2v(CH3OH)逆

C．容器內(nèi)氣體的密度保持不變

D．容器中氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

（3）利用天然氣制取合成氣的原理為: CO2(g)+CH4(g)= 2CO(g)+ 2H2(g)，在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1 molL-1的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示，則壓強(qiáng)P1______P2 (填“大于”或“小于”)；壓強(qiáng)為P2時(shí)，在Y點(diǎn)：v(正)_____v(逆) (填“大于”、“小于”或“等于”)，求Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________ (計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

（4）以二氧化鈦表面覆蓋CuAlO4為催化劑，可以將CH4和CO2直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如下圖所示。250-300°C時(shí)，溫度升高面乙酸的生成速率降低的原因是____；

②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_____________________；

（5）一定條件下，甲醇與一氧化碳反應(yīng)可以合成乙酸。常溫條件下，將a mol/L的CH3COOH溶液與b mol/ Ba(OH)2溶液等體積混合，反應(yīng)平衡時(shí)，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，用含a和b的代數(shù)式表示，該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)為________。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90KJmol-1 BD 小于 大于 1.6mol2/L2 溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低 增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度

【解析】

（1）工業(yè)上利用合成氣CO和H2制備甲醇，根據(jù)蓋斯定律，①×2+②-③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=2△H1+△H2-△H3=2×（-285.8KJ/mol）+（-283KJ/mol）-（-764.6 KJ/mol）=-90KJmol-1；

（2）恒溫恒容條件下A．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO的同時(shí)生成2n mol H2，只有逆反應(yīng)，不能說(shuō)明達(dá)到平衡，可以改為單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO的同時(shí)消耗2n mol H2，；B．不同物質(zhì)的正逆化學(xué)反應(yīng)速率呈系數(shù)比，v(H2)正= 2v(CH3OH)逆，可以說(shuō)明達(dá)到平衡；C．容器內(nèi)氣體的密度始終為定值不變，故密度保持不變不能說(shuō)明達(dá)到平衡，錯(cuò)誤；D．容器中氣體的平均摩爾質(zhì)量會(huì)逐漸增大，當(dāng)達(dá)到平衡，平均摩爾質(zhì)量保持不變，可以說(shuō)明達(dá)到平衡，以此以上能說(shuō)明合成氣制甲醇的反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)BD；

（3）CH4的平衡轉(zhuǎn)化率-T-P，在相同條件下保持溫度不變，增大壓強(qiáng)平衡向氣體粒子數(shù)目減小的方向移動(dòng)，該反應(yīng)逆向移動(dòng)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故壓強(qiáng)越大平衡轉(zhuǎn)化率越低，P1平衡轉(zhuǎn)化率高，故壓強(qiáng)P1＞P2 ；壓強(qiáng)為P2時(shí)，x點(diǎn)為平衡狀態(tài)，y點(diǎn)未達(dá)到平衡，且此時(shí)產(chǎn)率低于平衡時(shí)刻，故向正向移動(dòng)，v(正)＞v(逆)；在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1 mol·L-1的CH4與CO2，x點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，可得平衡時(shí)c (CH4)=c(CO2)= 0.02 mol·L-1，c (H2)=c(CO)= 0.16 mol·L-1，x點(diǎn)與y點(diǎn)溫度相同，故平衡常數(shù)相同，因此y點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K==；

（4）①由圖可知，溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；

②CH4+ CO2CH3COOH，增大反應(yīng)壓強(qiáng)平衡正移，可以提高甲烷轉(zhuǎn)化率；增大CO2的濃度平衡正移，可以提高甲烷的轉(zhuǎn)化率；

（5）常溫條件下，將a mol·L-1CH3COOH溶液與b mol·L-1Ba(OH)2溶液等體積混合， c(Ba2+)為原來(lái)濃度的一半，2c(Ba2+)=c(CH3COO-)=b，c(CH3COOH)=a-b，且根據(jù)電荷守恒溶液呈中性，混合溶液中醋酸的電離常數(shù)為K===。