2. “绿色化学”的特点之一是“零排放”,即只生成一种产物。在一定条件下,$CO_{2}$和$H_{2}$按适当比例反应就能实现“零排放”,该产物的化学式是 (
A.$CH_{4}O$
B.$CH_{2}O_{2}$
C.$C_{2}H_{6}O$
D.$C_{2}H_{4}O_{2}$
B
)A.$CH_{4}O$
B.$CH_{2}O_{2}$
C.$C_{2}H_{6}O$
D.$C_{2}H_{4}O_{2}$
答案
2.B
解析
根据“零排放”即只生成一种产物,反应前后元素种类和原子个数不变。$CO_2$和$H_2$中含C、H、O三种元素。设产物化学式为$C_xH_yO_z$,则反应式可表示为$xCO_2 + yH_2 \to C_xH_yO_z$。
反应前C原子个数为$x$,H原子个数为$2y$,O原子个数为$2x$;反应后C原子个数为$x$,H原子个数为$y$,O原子个数为$z$。
由H原子守恒:$2y = y$,得$y=0$(不合理,舍去)或考虑$CO_2$与$H_2$的计量数比。设$CO_2$、$H_2$、产物的计量数分别为$a$、$b$、$1$,则:
C:$a = x$;
H:$2b = y$;
O:$2a = z$。
产物中各元素化合价代数和为0,C常见化合价为+4,H为+1,O为-2,则$4x + y - 2z = 0$。
将$z=2a=2x$,$y=2b$代入:$4x + 2b - 2×2x = 2b = 0$,得$b=0$(不合理),说明产物中C化合价非+4,可能为0价(如有机物)。
假设产物为有机物,按选项分析:
A.$CH_4O$:C、H、O原子个数比1:4:1,需$a=1$,$z=1$,则$2a=2=z=1$,矛盾;
B.$CH_2O_2$:C、H、O原子个数比1:2:2,$a=1$,$z=2=2a$,$y=2=2b$,$b=1$,反应式$CO_2 + H_2 \to CH_2O_2$,原子守恒,合理;
C.$C_2H_6O$:C、H、O原子个数比2:6:1,$z=1\neq2a=4$,矛盾;
D.$C_2H_4O_2$:C、H、O原子个数比2:4:2=1:2:1,$z=1\neq2a=2$,矛盾。
综上,答案为B。
反应前C原子个数为$x$,H原子个数为$2y$,O原子个数为$2x$;反应后C原子个数为$x$,H原子个数为$y$,O原子个数为$z$。
由H原子守恒:$2y = y$,得$y=0$(不合理,舍去)或考虑$CO_2$与$H_2$的计量数比。设$CO_2$、$H_2$、产物的计量数分别为$a$、$b$、$1$,则:
C:$a = x$;
H:$2b = y$;
O:$2a = z$。
产物中各元素化合价代数和为0,C常见化合价为+4,H为+1,O为-2,则$4x + y - 2z = 0$。
将$z=2a=2x$,$y=2b$代入:$4x + 2b - 2×2x = 2b = 0$,得$b=0$(不合理),说明产物中C化合价非+4,可能为0价(如有机物)。
假设产物为有机物,按选项分析:
A.$CH_4O$:C、H、O原子个数比1:4:1,需$a=1$,$z=1$,则$2a=2=z=1$,矛盾;
B.$CH_2O_2$:C、H、O原子个数比1:2:2,$a=1$,$z=2=2a$,$y=2=2b$,$b=1$,反应式$CO_2 + H_2 \to CH_2O_2$,原子守恒,合理;
C.$C_2H_6O$:C、H、O原子个数比2:6:1,$z=1\neq2a=4$,矛盾;
D.$C_2H_4O_2$:C、H、O原子个数比2:4:2=1:2:1,$z=1\neq2a=2$,矛盾。
综上,答案为B。
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