Question

【題目】大氣中CO2含量的增加會(huì)加劇溫室效應(yīng)，為減少其排放，需將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)存和利用。

(1)CO2溶于水生成碳酸，碳酸和亞硝酸(HNO2)的電離常數(shù)如下表所示，下列事實(shí)中，能說(shuō)明亞硝酸酸性比碳酸強(qiáng)的是(填字母代號(hào))____________。

弱酸	HNO2	H2CO3
電離常數(shù)	Ka=5.1×10-4	Ka1=4.6×10-7
		Ka2=5.6×10-11

A 常溫下，亞硝酸電離常數(shù)比碳酸一級(jí)電離常數(shù)大

B 亞硝酸的氧化性比碳酸的氧化性強(qiáng)

C 亞硝酸與碳酸鈉反應(yīng)生成CO2

D 相同濃度的碳酸鈉溶液的pH比亞硝酸鈉的大

(2).CO2與NH3反應(yīng)可合成尿素[化學(xué)式為CO(NH2)2]，反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(1)+H2O(g)在合成塔中進(jìn)行，圖中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三條曲線分別表示溫度為T℃時(shí)，按不同氨碳比和水碳比投料時(shí)，二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率的情況。

①曲線Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ中水碳比的數(shù)值分別為0.6～0.7，1～1.1，1.5～1.6，則生產(chǎn)中應(yīng)選用的水碳比數(shù)值范圍是____________。

②推測(cè)生產(chǎn)中氨碳比應(yīng)控制在____________(選填“4.0”或“4.5”)左右比較適宜。

③若曲線Ⅱ中水碳比為1，初始時(shí)CO2的濃度為1mol/L，則T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________(保留有數(shù)數(shù)字至小數(shù)點(diǎn)后兩位)。

(3)以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化為乙酸，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系如圖所示。在溫度為____________時(shí)，催化劑的活性最好，效率最高。請(qǐng)解釋圖中250～400℃時(shí)乙酸生成速率變化的原因：250～300℃時(shí)____________；300～400℃時(shí)____________。

Answer 1

【答案】AC 0.6～0.7 4.0 0.59 250℃ 催化劑效率下降是影響乙酸生成速率的主要原因 溫度升高是影響乙酸生成速率的主要原因

【解析】

（1）A、相同條件下，酸的電離平衡常數(shù)越大，酸性越強(qiáng)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，HNO2的電離平衡常數(shù)大于碳酸的一級(jí)電離常數(shù)，說(shuō)明HNO2的酸性強(qiáng)于H2CO3，故A符合題意；

B、氧化性強(qiáng)弱與酸性強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，故B不符合題意；

C、利用酸性強(qiáng)的制取酸性弱的，亞硝酸與碳酸鈉反應(yīng)生成CO2，說(shuō)明亞硝酸的酸性強(qiáng)于碳酸，故C符合題意；

D、利用越弱越水解，Na2CO3對(duì)應(yīng)的是HCO3－，NaNO2對(duì)應(yīng)的是HNO2，相同濃度碳酸鈉溶液的pH比亞硝酸的大，說(shuō)明HCO3－電離出H＋能力弱于HNO2，不能說(shuō)明HNO2和H2CO3的酸性強(qiáng)弱，故D不符合題意；

（2）①氨碳比相同時(shí)，曲線I的CO2的轉(zhuǎn)化率大，因此生產(chǎn)中選用水碳比數(shù)值范圍是0.6～0.7；

②氨碳比在4.5時(shí)，需要氨氣較多，根據(jù)圖像分析，CO2的轉(zhuǎn)化率增大不多，提高生產(chǎn)成本，所以氨碳比控制在4.0左右；

③曲線Ⅱ中水碳比為1，初始時(shí)CO2濃度為1mol·L－1，則c(H2O)=1mol·L－1，氨碳比為4時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為63%，c(NH3)=4mol·L－1，則

2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O，

起始： 4 1 1

變化： 1.26 0.63 0.63

平衡： 2.74 0.37 1.63

平衡常數(shù)K=≈0.59；

（3）CO2和CH4發(fā)生反應(yīng)：CO2＋CH4CH3COOH；根據(jù)圖像，當(dāng)溫度為250℃時(shí)，乙酸的生成速率最大，催化劑的催化效率最大；在250℃～300℃過(guò)程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導(dǎo)致反應(yīng)速率也降低；而在300℃～400℃時(shí)催化效率低且變化程度小，但反應(yīng)速率增加較明顯，因此該過(guò)程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應(yīng)速率越大。