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1、精品教案 可编辑 强攻专练 ( 二) 1 (2015课标全国卷) 甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气 (主要 成分为 CO、CO2和 H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下： CO(g) 2H2(g) CH3OH(g) H1 CO2(g) 3H2(g) CH3OH(g) H2O(g) H2 CO2(g) H2(g) CO(g) H2O(g) H3 回答下列问题： (1)已知反应中相关的化学键键能数据如下： 化学键H HC OCOH OC H E/(kJ mol 1) 4363431 076465413 由 此 计 算H1 _kJ mol 1 ； 已 知H2 58 kJ
2、mol 1 ， 则H3 _kJ mol 1。 (2)反应的化学平衡常数K表达式为 _ ；图 1 中能正确反映平衡常数K随温度 变化关系的曲线为_( 填曲线标记字母)，其判断理由是_。 (3)合成气组成n(H2)/n(COCO2)2.60 时，体系中的CO 平衡转化率( ) 与温度和压 强的关系如图2 所示。(CO) 值随温度升高而_( 填“增大”或“减小”) ，其原因是 _ ；图2中的压强由大到小为 _ ，其判断理由是 _。 解析： 本题考查焓变的计算、平衡常数的应用以及化学平衡移动，意在考查考生图象的 分析能力以及运用平衡移动知识分析处理问题的能力。(1)反应中，生成1 mol CH3OH
3、时需要形成3 mol C H 键、1 mol C O 键和 1 mol O H 键，则放出的热量为：(413 3 343 465)kJ 2 047 kJ ，需要断开1 mol CO 键和 2 mol H H 键，吸收的热量为： (1 076 436 2)kJ1 948 kJ，则该反应为放热反应，H1(1 948 2 047)kJ mol 1 99 kJ mol 1； 根据盖斯定律， H3H2H1(58 99)kJ mol 1 41 kJ mol 1。 (2)反应为放热反应，则升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，曲线a 正确。 答案： (1) 99 41 (2)K cCH3OH cCOc2H2
4、 (或Kp pCH3OH pCOp 2 H2 ) a 反应为放热反应，平衡 常数数值应随温度升高变小 (3)减小升高温度时，反应为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO 的量增大； 精品教案 可编辑 反应为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO 的量增大；总结果，随温度升高，使CO 的转化率降低p3p2p1相同温度下，由于反应为气体分子数减小的反应，加压有利 于提升 CO 的转化率； 而反应为气体分子数不变的反应，产生 CO 的量不受压强影响。故 增大压强时，有利于CO 的转化率升高 2 (2016浙江卷)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表 明，在 Cu/ZnO催化剂存
5、在下， CO2和 H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH 和 CO。 反应的热化学方程式如下： CO2(g)3H2(g) CH3OH(g) H2O(g) H153.7 kJ mol 1 CO2(g)H2(g) CO(g) H2O(g) H2 某实验室控制CO2和 H2初始投料比为1 2.2 ，在相同压强下， 经过相同反应时间测得 如下实验数据： T(K) 543 543 553 553 催化剂 Cat.1 Cat.2 Cat.1 Cat.2 CO2转化率 (%) 12 3 10 9 15 3 12 0 甲醇选择性 (%) 42 3 72 7 39 1 71 6 【备注】Cat.1 ：Cu/
6、ZnO纳米棒； Cat.2 ： Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的 CO2中生成甲醇的百分比 已知：CO 和 H2的标准燃烧热分别为283.0 kJ mol 1 和 285. 8 kJ mol 1 H2O(l)=H2O(g) H3 44.0 kJ mol 1 请回答 (不考虑温度对H的影响 )： (1)反应的平衡常数表达式K_ ；反应的H2 _kJ mol 1。 (2)有利于提高CO2转化为 CH3OH 平衡转化率的措施有_ 。 A使用催化剂Cat.1 B使用催化剂Cat.2 C降低反应温度 D投料比不变，增加反应物的浓度 E增大 CO2和 H2的初始投料比 (3)表中实验数据表明，在相同
7、温度下不同的催化剂对CO2转化成 CH3OH 的选择性有 显著的影响，其原因是_。 (4)在图中分别画出反应在无催化剂、有Cat.1 和有 Cat.2 三种情况下“反应过程- 能 量”示意图。 精品教案 可编辑 (5)研究证实， CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在 _ 极，该电极反应式是_。 解析： 本题以减少CO2的排放为基本素材，考查考生对化学反应方向、反应热计算、 反应速率判断、 化学平衡移动等知识的掌握，意在考查考生对化学反应原理相关知识的理解， 以及思维、 分析判断能力。 (1)反应 CO2(g) 3H2(g) CH3OH(g) H2O(g) 的平衡常数
8、K 的表达式为：K cCH3OHcH2O cCO2c3H2 ； 反应 CO2(g) H2(g) CO(g) H2O(g) 的 H H2标准燃烧热CO 标准燃烧热H3285.8 kJ mol 1 283.0 kJ mol 1 44 kJ mol 1 41.2 kJ mol 1。(2)使用催化剂对化学平衡移动没有影响；降低温度平衡正向 移动，有利于提高CO2的转化率；增加反应物浓度平衡正向移动，也有利于提高CO2的转 化率；增大CO2与 H2的初始投料比，能提高H2的转化率， CO2的转化率降低。(3)表中数 据表明反应未达到平衡状态，由于不同的催化剂对反应的催化能力不同，因而在该时刻下 对甲醇的
9、选择性有影响。(4)综合表中CO2转化率和甲醇选择性数据可知，Cat.2的催化效 率比 Cat.1 的高，故 Cat.2 能更好地降低反应的活化能。(5)CO2转化为 CH3OH 是还原反 应，所以在阴极上发生，相应的电极反应式为CO26H 6e=CH 3OH H2O。 答案： (1) cCH3OHcH2O cCO2c3H2 41.2 (2)CD (3)表中数据表明此时反应未达到平衡状态，不同的催化剂对反应的催化能力不同， 因而在该时刻下对甲醇的选择性有影响 (4) (5)阴CO26H 6e =CH3OH H2O 3K3Fe(C2O4)3 3H2O 三草酸合铁( ) 酸钾晶体是制备负载型活性铁
10、催化剂的主要原 料，也是一些有机反应很好的催化剂。下图是在实验室中制备K3Fe(C2O4)3 3H2O 的流程： 回答下列问题： 精品教案 可编辑 (1)步骤中加入稀硫酸的目的是_。步骤中发生的主要 化学反应为一可逆过程，其离子方程式为_。常温下，该反应的 平衡常数K_ 已知常温下：Ka1(H2C2O4) 5.6 10 2、Ka2(H 2C2O4) 5.4 10 5、 Ksp(FeC2O4) 2.1 10 7。 (2) 下列试剂均可将FeC2O4氧化为K3Fe(C2O4)3，最适宜作为“试剂a”的是 _( 填序号 )。 a氯水b酸性 KMnO4溶液 cH2O2溶液d稀硝酸 (3)使用托盘天平称
11、量制得的K3Fe(C2O4)3 3H2O 的质量。天平平衡时，右盘内砝码的 总质量为20 g ，游码示数如图所示，则制得的晶体的质量为_g，该实验中 K3Fe(C2O4)3 3H2O 的产率为 _。(已知： K3Fe(C2O4)3 3H2O 的相对分 子质量为 491 ，FeSO4 7H2O 的相对分子质量为278) (4)某研究小组将K3Fe(C2O4)3在一定条件下加热分解后，利用如图所示装置(可重复使 用)确认所得含碳元素的气体产物为CO 和 CO2。 按气流从左到右的方向，装置的连接顺序为_(填装置序号 )；确认 气体产物中含CO 的现象为 _。 解析：本题考查离子反应，氧化还原反应，
12、 弱电解质的电离常数、难溶盐的溶度积常数、 化学 平衡常数、产率的有关计算，物质的性质、检验与除杂等。 (1) 平衡常数K c2H cFe 2 cH2C2O4 Ka1H2C2O4Ka2H2C2O4 KspFeC2O4 14.4 。 (2)H2O2为绿色氧化剂， 不引入新杂质。(3)27.8 g FeSO4 7H2O 为 0.1 mol ，根据 Fe 元素守恒可知理论上可制得 0.1 mol K3Fe(C2O4)3 3H2O，则产率为 21.9 g 49.1 g 100% 44.6% 。(4)由所给装置及试剂可 知检验原理为：首先用D 装置检验CO2，然后用C 装置除去CO2，再用 D 装置确认 CO2 已经除尽后，将气体通过B 装置干燥，再通过A 装置，最后将气体通入D 装置检验是否生 成了 CO2。 答案： (1) 抑制Fe 2 水解Fe 2 H2C2O4FeC2O42H 14.4 (2)c (3)21.9 44.6% (4)DCDBAD A 中黑色粉末变为红色，其后的D 中澄清石灰水变浑浊
