Question

【題目】Ⅰ.為了探究一種固體化合物甲（僅含3種元素）的組成和性質，設計并完成如下實驗：(氣體體積已經換算成標準狀況下的體積）

請回答：

（1）寫出化合物甲的化學式________。

（2）寫出形成溶液C的化學方程式：_____________。

（3）寫出氣體A通入溶液D中，發生反應的離子反應方程式__________。

Ⅱ.近年來化學家又研究開發出了用 H2和CH3COOH 為原料合成乙醇（反應Ⅰ），同時會發生副反應Ⅱ。

反應Ⅰ.CH3COOH(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g) +H2O(g) △H1

反應Ⅱ. CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) △H2＞0

已知：乙醇選擇性是轉化的乙酸中生成乙醇的百分比。請回答：

（1）反應Ⅰ一定條件下能自發進行，則△H1 ___0。（填“＞”或“＜”）

（2）某實驗中控制 CH3COOH 和 H2 初始投料比為 1∶1.5，在相同壓強下，經過相同反應時間測得如下實驗數據：

溫度（K）	催化劑	乙酸的轉化率（%）	乙醇選擇性（%）
573	甲	40	50
573	乙	30	60
673	甲	55	35
673	乙	40	50

①有利于提高CH3COOH轉化為CH3 CH2OH平衡轉化率的措施有______。

A 使用催化劑甲 B 使用催化劑乙

C 降低反應溫度 D 投料比不變，增加反應物的濃度

E 增大CH3COOH和H2的初始投料比

②673K甲催化劑作用下反應Ⅰ已達平衡狀態，測得乙酸的轉化率為50%，乙醇的選擇性40%，若此時容器體積為 1.0L，CH3COOH 初始加入量為2.0mol，則反應Ⅰ的平衡常數 K= _____。

③表中實驗數據表明，在相同溫度下不同的催化劑對CH3COOH轉化成CH3CH2OH的選擇性有顯著的影響，其原因是_________________。

（3）在圖中分別畫出I在催化劑甲和催化劑乙兩種情況下“反應過程-能量”示意圖。_____

Answer 1

【答案】FeAl2S4（或Al2FeS4或FeSAl2S3或Al2S3FeS） Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O 2Fe3+ +SO2 +2H2O=2Fe2++SO42—+4H+ ＜ CD 0.16或5/32 表中數據表明此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同，因而在該時刻下對乙醇選擇性有影響。

【解析】

Ⅰ.固體甲在空氣中灼燒生成的氣體A能使品紅褪色，加熱后恢復紅色，說明氣體A為SO2，且物質的量為=0.04mol；固體乙用NaOH溶解后并過濾，固體丙用稀硫酸溶解后的溶液中滴加KSCN溶液變紅色，說明固體丙為Fe2O3，其物質的量為=0.005mol；固體乙有部分固體能溶解于NaOH，質量為1.82g-0.8g=1.02g，若為Al2O3，則其物質的量為=0.01mol，此時固體甲中含有的三種元素的總質量為0.04mol×32g/mol+0.005mol×2×56g/mol+0.01mol×2×27g/mol=2.38g，則固體乙為Fe2O3和Al2O3的混合物；

Ⅱ.(1)△H-T△S＜0的反應可自發進行；

(2)①結合平衡的移動因素分析，一般當平衡正向進行時，可提高反應物的轉化率；

②673K 時，在甲催化劑作用下反應Ⅰ已達平衡狀態，此時容器體積為 1.0L，若 CH3COOH 初始加入量為 2.0mol，結合三行計算列式得到平衡濃度，反應Ⅰ的平衡常數 K=；

③不同的催化劑催化效率不同；

(3)加入催化劑，可降低反應的活化能，催化能力越強，活化能越低，但反應熱不變。

Ⅰ. 固體甲在空氣中灼燒生成的氣體A能使品紅褪色，加熱后恢復紅色，說明氣體A為SO2，且物質的量為=0.04mol；固體乙用NaOH溶解后并過濾，固體丙用稀硫酸溶解后的溶液中滴加KSCN溶液變紅色，說明固體丙為Fe2O3，其物質的量為=0.005mol；固體乙有部分固體能溶解于NaOH，質量為1.82g-0.8g=1.02g，若為Al2O3，則其物質的量為=0.01mol，此時固體甲中含有的三種元素的總質量為0.04mol×32g/mol+0.005mol×2×56g/mol+0.01mol×2×27g/mol=2.38g，則固體乙為Fe2O3和Al2O3的混合物；

(1)由分析知化合物甲的組成元素是Fe、Al和S，三者的物質的量之比為0.01mol：0.02mol：0.04mol=1:2:4，則化合物甲的化學式為FeAl2S4；

(2)氧化鋁溶于NaOH溶液生成偏鋁酸鈉，發生反應的化學方程式為Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O；

(3)氣體A為SO2氣體，溶液D含有Fe3+，通入SO2后發生氧化還原反應，所得溶液中生成Fe2+和SO42-，發生反應的離子反應方程式2Fe3+ +SO2 +2H2O=2Fe2++SO42—+4H+；

Ⅱ.(1)Ⅰ．CH3COOH(g)+2H2(g)═CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H1，反應△S＜0，滿足△H-T△S＜0，則△H1＜0；

(2)①已知CH3COOH(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g) +H2O(g) △H1＜0；

A．使用催化劑甲不影響平衡的移動，無法提高CH3COOH轉化為CH3 CH2OH平衡轉化率，故A錯誤；

B．使用催化劑乙不影響平衡的移動，無法提高CH3COOH轉化為CH3 CH2OH平衡轉化率，故B錯誤；

C．降低反應溫度平衡正向移動，可提高CH3COOH轉化為CH3 CH2OH平衡轉化率，故C正確；

D．投料比不變，增加反應物的濃度，相當于增大壓強，平衡向正反應移動，可提高CH3COOH轉化為CH3 CH2OH平衡轉化率，故D正確；

E．增大CH3COOH和H2的初始投料比，即相當于增大CH3COOH的濃度，平衡向正反應方向移動，可提高H2的轉化率，但CH3COOH轉化為CH3 CH2OH平衡轉化率降低，故E錯誤；

故答案為CD；

②控制 CH3COOH 和 H2 初始投料比為 1：1.5，673K 時，在甲催化劑作用下反應Ⅰ已達平衡狀態，乙酸轉化率50%，此時容器體積為 1.0L，若 CH3COOH 初始加入量為 2.0mol，乙醇的選擇性為0%，則反應Ⅰ中：

CH3COOH(g)+2H2(g)═CH3CH2OH(g)+H2O(g)

起始量(mol/L)2 3 0 0

變化量(mol/L)2×50%=1 2 1×0.4 1×0.4

平衡量(mol/L) 1 1 0.4 0.4

反應Ⅰ的平衡常數 K==0.16；

③表中實驗數據表明，此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同，因而在該時刻下對CH3COOH轉化成CH3CH2OH的選擇性有顯著的影響；

(3)從表中數據分析，在催化劑乙的作用下，乙醇的選擇性更大，說明催化劑乙對反應Ⅰ催化效果更好，催化劑能降低反應的活化能，說明使用催化劑乙的反應過程中活化能更低，故圖為。