3.
隨著能源與環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越被人們關(guān)注,碳一化學(xué)(C
1化學(xué))成為研究的熱點(diǎn)..“碳一化學(xué)”即以單質(zhì)碳及CO、CO
2、CH
4、CH
3OH等含一個(gè)碳原子的物質(zhì)為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)與工藝.(1)將CO
2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物可有效實(shí)現(xiàn)碳循環(huán).CO
2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的例子很多,如:
a.6CO
2+6H
2O$\stackrel{光合作用}{→}$C
6H
12O
6 b.CO
2+3H
2$→_{△}^{催化劑}$CH
3OH+H
2O
c.CO
2+CH
4$→_{△}^{催化劑}$CH
3COOH
d.2CO
2+6H
2$→_{△}^{催化劑}$CH
2=CH
2+4H
2O
在以上屬于人工轉(zhuǎn)化的反應(yīng)中,原子利用率最高的是c(填序號(hào)).
(2)CO
2制備甲醇:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)△H=-49.0kJ•mol
-1,在體積為1L的密閉容器中,充入1molCO
2和3molH
2,測(cè)得CO
2(g)和CH
3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如圖1所示.
①該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式是$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$.
②0~9min時(shí)間內(nèi),該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H
2)=0.25mol/L•min.
③在相同條件下,密閉容器的體積縮小至0.5L時(shí),此反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)放出的熱量(Q)可能是c(填字母序號(hào)).
a.0<Q<29.5kJ b.29.5kJ<Q<36.75kJ
c.36.75kJ<Q<49kJ d.49kJ<Q<98kJ
④在一定條件下,體系中CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與L和X的關(guān)系如圖2所示,L和X分別表示溫度或壓強(qiáng).
i.X壓強(qiáng)的物理量是溫度.
ii.L
1和L
2的大小關(guān)系是L
1>L
2,簡(jiǎn)述理由:溫度一定時(shí),增大壓強(qiáng),CO
2平衡轉(zhuǎn)化率增大.
(3)二甲醚(CH
3OCH
3)被稱為21世紀(jì)的新型燃料,也可替代氟利昂作制冷劑等,對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用.工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚.工業(yè)上利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下:
a.2H
2(g)+CO(g)?CH
3OH(g)△H
1=-90.8kJ•mol
-1b.2CH
3OH(g)?CH
3OCH
3(g)+H
2O(g)△H
2=-23.5kJ•mol
-1c.CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g)△H
3=-41.3kJ•mol
-1①對(duì)于反應(yīng)b,在溫度和容積不變的條件下,能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是cd(填字母).
a.n(CH
3OH)=n(CH
3OCH
3)=n(H
2O)
b.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
c.H
2O(g)的濃度保持不變
d.CH
3OH的消耗速率與CH
3OCH
3的消耗速率之比為2:1
②總反應(yīng):3H
2(g)+3CO(g)?CH
3OCH
3(g)+CO
2(g)的△H=-246.4kJ•mol
-1.
(4)以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,用二甲醚-空氣組成燃料,其中負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH
3OCH
3-12e
-+16OH
-=2CO
32-+11H
2O.
(5)C
1化合物在治理汽車尾氣方面也大有可為,如CO、CH
4等在一定條件下均可以與氮氧化物生成無(wú)污染的物質(zhì).寫出CO與氮氧化物(NO
x)在有催化劑的條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式2xCO+2NO
x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO
2+N
2.