Question

利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，主要反应如下：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)              △H=－99kJ·mol^－1

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)      △H=－58 kJ·mol^－1

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)           △H

（1）反应①的化学平衡常数K的表达式为              ；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线是         ；反应③的△H=          kJ·mol^－1。

（2）合成气的组成n(H₂)/n(CO+CO₂)=2.60时体系中的CO平衡转化率α(CO)与温度和压强的关系如图2所示。图中的压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为           ；α(CO)随温度升高而减小，其原因是        。

（3）为安全起见，工业生产中需对空气中的CO进行检测。

①粉红色的PdCl₂溶液可以检测空气中少量的CO。若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀，每生成5.3gPd沉淀，反应中转移的电子数为          。

②使用电化学CO气体传感器定量检测空气中CO含量，其模型如图所示。这种传感器利用了原电池原理，则该电池的负极反应式为          。

（4）CO与Fe在一定条件下可形成五羰基铁[Fe(CO)₅]，该化合物易吸收H₂生成氢化羰基铁。氢化羰基铁为二元弱酸，可与NaOH反应生成四羰基铁酸二钠。五羰基铁吸收H₂的化学方程式为       。

Answer

（1） a +41

（2）p3>p2>p1反应①为放热反应，升高温度，平衡左移，α(CO)减小；反应③为吸热反应，升高温度，平衡右移，α(CO)也减小

（3）①6.02×1022 ②CO+H2O―2e―=CO2+2H+

（4）Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO

【解析】

试题分析：（1）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，则反应①的化学平衡常数K的表达式为；由于正方应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，因此a正确。根据盖斯定律可知②－①即得到反应③的△H＝－58kJ/mol＋99kJ/mol＝＋41kJ/mol。

（2）反应①为放热反应，升高温度时，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO；因此最终结果是随温度升高，使CO的转化率降低；相同温度下，由于反应①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③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，所以图2中的压强由大到小为P3＞P2＞P1。

（3））①粉红色的PdCl2溶液可以检验空气中少量的CO，若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，物质的量＝5.3g÷106g/mol＝0.05mol，依据PdCl2～Pd～2e-，转移电子数为0.05mol×2×NA=0.1NA；

②测定一氧化碳气体含量，使一氧化碳发生氧化还原反应生成二氧化碳，原电池的负极是失电子发生氧化反应，酸性介质中负极电极反应为CO+H2O―2e―=CO2+2H+；

（4）Fe与CO可形成五羰基铁[Fe（CO）5]，该化合物相当活泼，易于吸收H2生成氢化羰基铁，氢化羰基铁为二元弱酸，可与NaOH反应生成四羰基铁酸二钠，依据题干信息推知，反应的化学方程式为：Fe(CO)5+H2=H2Fe(CO)4+CO。

【考点定位】本题主要是考查反应热计算、盖斯定律应用、外界条件对平衡状态的影响、氧化还原反应以及电化学原理的应用等

【名师点晴】该题为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础。将热化学方程式、盖斯定律，平衡图像、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，碳、氮及其化合物的性质等知识同低碳经济、温室气体的吸收、能源等环境问题联系起来，充分体现了学以致用的目的，更突显了化学是一门实用性的学科的特点。关于电极反应式的书写要注意介质以及是否存在交换膜等有关的影响。