Question

由碳的氧化物直接合成乙醇燃料已进入大规模生产。

（1）如采取以CO和H₂为原料合成乙醇，化学反应方程式：2CO(g)+4H₂(g)CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g) △H；若密闭容器中充有10 mol CO与20mol H₂，在催化剂作用下反应生成乙醇，CO的转化率(α)与温度、压强的关系如下图所示。

已知：2CO(g)+O₂(g)===2CO₂(g)    △H₁=－566kJ·mol^－1

2H₂(g)+O₂(g)===2H₂O(l)         △H₂=－572kJ·mol^－1

CH₃CH₂OH(g)+3O₂(g)===2CO₂(g)+ 3H₂O(g)   △H₃=－1366kJ·mol^－1

H₂O(g)===H₂O(l)   △H₄=－44kJ·mol^－1

①△H=             kJ·mol^－1

②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则从反应开始到达平衡状态所需的时间t_A     t_C（填“﹥”、“﹤”或“﹦”）。

③若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为10L，则该温度下的平衡常数：K＝        ；

④熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），是用煤气（CO+H₂）作负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气，用一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料极）为催化剂制成的。负极上CO反应的电极反应式为                                     。

（2）工业上还可以采取以CO₂和H₂为原料合成乙醇，并且更被化学工作者推崇，但是在相同条件下，由CO制取CH₃CH₂OH的平衡常数远远大于由CO₂制取CH₃CH₂OH 的平衡常数。请推测化学工作者认可由CO₂制取CH₃CH₂OH的优点主要是：                                     。

（3）目前工业上也可以用CO₂来生产甲醇。一定条件下发生反应CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)。若将6mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化的曲线如右图所示（实线）。

①请在答题卷图中绘出甲醇的物质的量随时间变化曲线。

②仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线I对应的实验条件改变是            ，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是        。

（4）将标准状况下4.48L CO₂通入1L 0.3mol·L^－1  NaOH溶液中完全反应，所得溶液中微粒浓度关系正确的是

A．c(Na⁺)=c(HCO₃^-)＋c(CO₃^2-)＋c(H₂CO₃)

B．c(OH^-)+c(CO₃^2-)=c(H₂CO₃)＋c(H⁺)

C．c(Na⁺)＋c(H⁺)=c(HCO₃^-)＋2c(CO₃^2-)＋c(OH^-)

D．2c(Na⁺)=3c(HCO₃^-)＋3c(CO₃^2-)＋3c(H₂CO₃)

Answer

（1）①－168 ②﹥ ③0.25L4·mol－4（单位可不写）④CO－2e－＋CO32－===2CO2

（2）原料易得、原料无污染、可以减轻温室效应等

（3）升高温度，增大压强（4）CD

【解析】

试题分析：

（1）①已知：①2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) △H1=－566kJ·mol－1

②2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) △H2=－572kJ·mol－1

③CH3CH2OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+ 3H2O(g) △H3=－1366kJ·mol－1

④H2O(g)===H2O(l) △H4=－44kJ·mol－1

根据盖斯定律：⑴＋⑵×2－⑷×4－⑶可得2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)

△H=－168kJ·mol－1

②根据图像可知，C点温度和压强均大于A点温度和压强，所以C点反应速率快，达到平衡的时间少。

③ 2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)

起始浓度（mol/L） 1 2 0 0

转化浓度（mol/L）0.5 1.0 0.25 0.25

平衡浓度（mol/L）0.5 1.0 0.25 0.25

根据化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值可知，该温度下反应的平衡常数K＝＝0.25。

④CO、H2具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO2和H2O，电极反应式为：CO-2e-+CO32-═2CO2；H2-2e-+CO32-═CO2+H2O；

（2）由于空气中CO2的含量逐渐增大，所以该方法的优点是原料易得、可以减轻温室效应。

（3）①根据图像可知平衡时氢气的物质的量是2mol，消耗氢气的物质的量是8mol－2mol＝6mol，所以根据方程式可知平衡时生成甲醇的物质的量是2mol，因此图像可表示为见答案。

②曲线I与原曲线相比达到平衡的时间减少，说明反应速率快。而平衡时氢气的物质的量增加，说明平衡向逆反应方向移动。由于正方应是体积减小的可逆反应，所以改变的条件只能是升高温度，即正方应是放热反应；曲线Ⅱ与原曲线相比达到平衡的时间减少，说明反应速率快。而平衡时氢气的物质的量减少，这说明平衡向正反应方向移动。由于正方应是体积减小的放热的可逆反应，所以改变的条件只能是增大压强。

（4）二氧化碳有0.2mol，NaOH为0.3mol，反应后生成等量的碳酸钠和碳酸氢钠。A项D项为物料守恒，根据C原子和Na原子量的关系可知D项正确，A项错误，C项为电荷守恒，正确。电荷守恒和物料守恒相加可得抵消c(Na+)，可知B项错误。选CD。

考点：考查平衡常数的计算、外界条件对平衡状态的影响以及溶解平衡的有关应用与判断