Question

碳及其化合物在有机合成、能源开发等工农业方面具有十分广泛的应用。

I.工业生产精细化工产品乙二醛(OHC-CHO)

（1）乙醇(CH₃CH₂OH)液相硝酸氧化法：在Cu(NO₃)₂催化下，用稀硝酸氧化乙醇制取乙二醛，此反应的化学方程式为_______________。该法具有原料易得、反应条件温和等优点，但也存在比较明显的缺点____________。

（2）乙二醇(HOCH₂CH₂OH)气相氧化法

已知：2H₂(g)+O₂(g) 2H₂O（g） ΔH=-484kJ/mol，化学平衡常数为K₁

OHC-CHO(g)+2H₂(g) HOCH₂CH₂OH(g)  ΔH=-78kJ/mol，化学平衡常数为K₂

则乙二醇气相氧化反应HOCH₂CH₂OH(g)+O₂(g) OHC-CHO(g)+2H₂O（g）的ΔH=______；相同温度下，该反应的化学平衡常数K=______(用含K₁、K₂的代数式表示)。

Ⅱ.CO₂的综合利用

（3）一定量的CO₂与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应C(s)+CO₂(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示，则下列说法正确的是______(填字母)。

a.反应达平衡状态时，混合气体的平均相对分子质量保持不变

b.A点的正反应速率比B点正反应速率小

C.550℃时，若充入氦气，则V_正、V_逆均减小，平衡不移动

d.T℃时，反应达平衡后CO₂的转化率为66.7%

e. T℃时，若再充入1molCO₂和1molCO，平衡不移动

（4）氨气、CO₂在一定条件下可合成尿素，其反应为2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)，右图表示合成塔中氨碳比a与CO₂转化率ω的关系。a为{n(NH₃)/n(CO₂)}，b为水碳比{n(H₂O)/n(CO₂)}。则

①b应控制在______

a.1.5-1.6  b.1-1.1  c.0.6-0.7

②a应控制在4.0的理由是_________

Answer

CH2CH2OH+2HNO3OHC-CHO+2NO↑+3H2O 硝酸会腐蚀设备，生成的NO会污染空气 -406kJ/mol K1/K2 abe c 氨碳比a<4.0时CO2转化率较小；氨碳比a>4.0时CO2转化率增加不明显且浪费原料

【解析】

本题考查化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡图像的分析、化学平衡常数。

I.（1）稀HNO3将CH3CH2OH氧化成OHC-CHO，稀HNO3自身被还原成NO，CH3CH2OH中C的平均化合价为-2价，OHC-CHO中C的平均化合价为+1价，N元素的化合价由+5价降为+2价，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为CH3CH2OH+2HNO3（稀）OHC-CHO+2NO↑+3H2O。根据反应，该方法比较明显的缺点是：HNO3会腐蚀设备，生成的NO会污染空气。

（2）将反应编号，2H2（g）+O2（g）2H2O（g）ΔH=-484kJ/mol（①式）

OHC-CHO（g）+2H2（g）HOCH2CH2OH（g）ΔH=-78kJ/mol（②式）

应用盖斯定律，①式-②式得HOCH2CH2OH（g）+O2（g）OHC-CHO（g）+2H2O（g）ΔH=（-484kJ/mol）-（-78kJ/mol）=-406kJ/mol。根据化学平衡常数的含义，K1=，K2=，反应HOCH2CH2OH（g）+O2（g）OHC-CHO（g）+2H2O（g）的化学平衡常数K==。

II.（3）a项，开始时气体只有CO2，CO2的相对分子质量为44，建立平衡过程中生成CO，混合气体的平均相对分子量减小，达到平衡时混合气体的平均相对分子质量保持不变，a项正确；b项，A点温度低于B点温度，A点的正反应速率比B点正反应速率小，b项正确；c项，该容器为体积可变的恒压容器，550℃时若充入He气，容器体积增大，υ正、υ逆均减小，平衡向正反应方向移动，c项错误；d项，设起始CO2物质的量为amol，从起始到平衡时转化CO2物质的量为xmol，转化CO物质的量为2xmol，平衡时CO2、CO物质的量分别为（a-x）mol、2xmol，根据图像T℃达到平衡时CO2和CO的体积分数相等，则（a-x）mol=2xmol，解得x=，达到平衡后CO2的转化率为100%=33.3%，d项错误；e项，根据图像T℃达到平衡时CO2和CO的体积分数相等，CO2和CO物质的量相等，若再充入1molCO2和1molCO，瞬时CO2和CO的体积分数仍相等，处于平衡状态，平衡不移动，e项正确；答案选abe。

（4）①根据图像在相同氨碳比时，水碳比在0.6-0.7时CO2的转化率最大，b应控制在0.6-0.7，答案选c。

②根据图像，氨碳比a<4.0时CO2转化率较小；氨碳比a>4.0时CO2转化率增加不明显且浪费原料，所以a应控制在4.0。