Question

13．甲醇（CH₃OH）是一種基礎(chǔ)有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑作用下合成甲醇，主反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-99kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ•mol^-1
副反應(yīng)有：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）   …
（1）甲醇分子中各原子半徑從大到小的順序?yàn)閞（C）＞（O）＞r（H）．
（2）△H₂=-58kJ•mol^-1
（3）將上述合成甲醇的反應(yīng)設(shè)計成如圖1所示的兩條途徑，其中X為2H₂．

（4）對主反應(yīng)①進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．
當(dāng)CO與H₂投料比為1：2時，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．
①圖中對應(yīng)點(diǎn)的平衡常數(shù)K_a、K_b、K_c大小關(guān)系為K_a＞K_b=K_c．
②反應(yīng)在恒溫、恒容下進(jìn)行，以下說法可以作為判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BC（填標(biāo)號）．
A．混合氣體的密度不變
B．反應(yīng)容器中氣體壓強(qiáng)不再變化
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
D．生成CH₃OH速率是生成H₂速率的2倍
③將l molCO和2molH₂通入1L密閉容器中，在300℃下，達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為90%，則平衡常數(shù)K為225．
（5）在探究主反應(yīng)①過程中發(fā)現(xiàn)若合成氣只有CO和H₂，則可能出現(xiàn)以下狀況．
①會有較多的副產(chǎn)品CH₃OCH₃生成
②形成積碳（有機(jī)物碳化覆蓋催化劑表面）
但加入適量的CO₂，則可減少上述狀況．試解釋
①CO₂與H₂反應(yīng)生成H₂O能抑制CH₃OCH₃的生成
②C+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO（用化學(xué)方程式表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電子層數(shù)越多半徑越大，電子層數(shù)相同時核電荷數(shù)越多半徑越小，分析原子半徑大��；
（2）根據(jù)蓋斯定律分析答；
（3）由CO+X=CH₃OH，根據(jù)質(zhì)量守恒分析解答；
（4）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-99kJ•mol^-1正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度越高CO的平衡轉(zhuǎn)化率越小，則T₂＞T₁，而平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)；
②A．混合氣體的密度一直不變；
B．反應(yīng)容器中氣體壓強(qiáng)不再變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變；
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變；
D．生成CH₃OH速率是生成H₂速率的2倍，不能說明速率不變；
③根據(jù)三行式結(jié)合平衡常數(shù)表達(dá)式分析解答；
（5）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）生成水對副反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）起抑制作用，所以會有較多的副產(chǎn)品CH₃OCH₃生成，由此分析解答；
②形成積碳，但加入適量的CO₂，生成一氧化碳?xì)怏w；

解答 解：（1）根據(jù)電子層數(shù)越多半徑越大，電子層數(shù)相同時核電荷數(shù)越多半徑越小，所以甲醇分子中各原子半徑從大到小的順序?yàn)閞（C）＞（O）＞r（H），故答案為：r（C）＞（O）＞r（H）；
（2）已知①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-99kJ•mol^-1；②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂；③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律△H₂=△H₁+△H₃=-58kJ•mol^-1，故答案為：-58kJ•mol^-1；
（3）由CO+X=CH₃OH，根據(jù)質(zhì)量守恒可知X是2H₂，故答案為：2H₂；
（4）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-99kJ•mol^-1正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度越高CO的平衡轉(zhuǎn)化率越小，則T₂＞T₁，而平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，所以平衡常數(shù)K_a、K_b、K_c大小關(guān)系為K_a＞K_b=K_c，故答案為：K_a＞K_b=K_c；
②A．混合氣體的密度一直不變，所以不能說明達(dá)平衡狀態(tài)，故錯誤；
B．反應(yīng)容器中氣體壓強(qiáng)不再變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
D．生成CH₃OH速率是生成H₂速率的2倍，不能說明速率不變，所以不能說明達(dá)平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選：BC；
③將l molCO和2molH₂通入1L密閉容器中，在300℃下，達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為90%，
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
c（初）      1             2                 0
c（變）      0.9         1.8               0.9
c（平）      0.1        0.2                0.9
所以K=$\frac{0.9}{0.1×0．{2}^{2}}$=225，故答案為：225；
（5）①反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）生成水對副反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）起抑制作用，所以會有較多的副產(chǎn)品CH₃OCH₃生成，故答案為：CO₂與H₂反應(yīng)生成H₂O能抑制CH₃OCH₃的生成；
②形成積碳，但加入適量的CO₂，生成一氧化碳?xì)怏w，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO，故答案為：C+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO．

點(diǎn)評 本題考查的知識點(diǎn)較多，題目綜合性較強(qiáng)，難度較大，主要考查了化學(xué)平衡常數(shù)大小 的比較、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計算，有一定的難度．