Question

【题目】合成气(CO、H2)是一种重要的化工原料气。合成气制取有多种方法，如煤的气化、天然气部分氧化等。回答下列问题：

I.合成气的制取

(1)煤的气化制取合成气。

已知：①H2O(g)=H2O(l) △H=－44kJ/mol；

②部分物质的燃烧热：

则反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)的△H=___________kJ/mol。

(2)天然气部分氧化制取合成气。

如果用O2(g)、H2O(g)、CO2(g)混合物氧化CH4(g)，欲使制得的合成气中CO和H2的物质的量之比为1︰2，则原混合物中H2O(g)与CO2(g)的物质的量之比为___________。

Ⅱ.利用合成气合成乙醇

在一定条件下，向容积为2L的恒容密闭容器中投入2 mol CO和4molH2，发生反应：2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)。

(1)写出该反应的平衡常数表达式___________。

(2)下列情况能作为判断反应体系达到平衡的标志是___________(填序号)。

a.压强不再变化 b.平均摩尔质量不再变化 c.密度不再变化

(3)反应起始压强记为p1、平衡后记为p2，平衡时H2的转化率为___________。(用含p1、p2的代数式表示)

Ⅲ.合成乙醇的条件选择

为探究合成气制取乙醇的适宜条件，某科研团队对不同温度、不同Rh质量分数的催化剂对CO的吸附强度进行了研究，实验数据如图。CO的非离解吸附是指CO尚未乙醇化，离解吸附是指CO已经乙醇化。

由此可见催化剂温度对CO吸附强度的影响是___________；用Rh作催化剂，合成气制取乙醇的适宜温度是___________。

Answer 1

【答案】+ 131. 3 2 : 1 K=c(H2O)c( CH3CH2OH) /[c2(CO)c4(H2 )] ab 3(p1-p2)/ 2p1 100% 在低温区，温度升高、不同催化剂对CO的吸附强度均增大；在高温区，温度升高、不同催化剂对CO的吸附强度均减小；相同温度下，催化剂中Rh质量分数越高，CO的吸附强度越大 550

【解析】

I. (1)根据已知条件可写出热化学方程式: ①H2O(g)= H2O(l)△H=-44 kJ/ mol;②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5 kJ/ mol;③CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ/ mol ;④H2(g)+1/2 O2(g)= H2O(l) △H=-285.8 kJ/ mol; 则①+②-③-④为C(s)+ H2O(g)= CO(g)+H2(g) △H =+ 131.3 kJ/mol。答案：+ 131.3。

(2)制得的合成气中n(CO) : n(H2)=1 : 2，要求O2(g)、H2O(g)、CO2(g)、CH4(g)混合物里n(C) : n(H)=1 : 4；由于CH4(g)中n(C) :n(H)=1 : 4，则n(H2O) : n(CO2)=2 : 1。答案：2:1。

Ⅱ. (1)由反应的化学方程可知，平衡常数的表达式为K=c(H2O)·c(CH3CH2OH)/[c2(CO)·c4(H2 )]

(2)温度、容积一定时，压强与物质的量成正比，而该反应为化学计量数改变的反应，随着反应的进行压强减小，直到平衡时压强为定值，故a正确；平均摩尔质量M=m/n，m不变、M不变，则n不变，已达平衡，故b正确；=m/V，m、V不变，ρ恒为定值，故c错误。答案：ab。

(3)在反应2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)中，减少的气体物质的量等于参加反应H2的物质的量，设转化率为a(H2)，故4a(H2):(2+4)=(p1-p2):p1，解得a(H2)=3(p1-p2)/2p1 100%。答案：3(p1-p2)/2p1 100%。

Ill.分析图像可知，催化剂对CO的吸附分非离解吸附和离解吸附两种。图像表明，无论何种吸附，①温度对CO的吸附强度的影响是：在低温区，温度升高、CO的吸附强度增大；在高温区，温度升高、CO的吸附强度减小。②催化剂中Rh质量分数对CO的吸附强度的影响是：相同温度下，催化剂中Rh质量分数越高、CO的吸附强度越大。从图中可知，合成乙醇的适宜温度需控制在CO离解吸附强度最大处即550℃。答案：在低温区，温度升高、不同催化剂对CO的吸附强度增大；在高温区，温度升高、不同催化剂对CO的吸附强度减小；相同温度下，催化剂中Rh质量分数越高、CO的吸附强度越大；550℃。