Question

【題目】I．甲醛在木材加工、醫(yī)藥等方面有重要用途。甲醇直接脫氫是工業(yè)上合成甲醛的新方法，制備過(guò)程涉及的主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) ΔH1=+85.2kJ/mol

反應(yīng)II：CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) ΔH2

反應(yīng)III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=—483.6kJ/mol

（1）計(jì)算反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)熱ΔH2=__________________。

（2）肌肉中的肌紅蛋白(Mb)可與O2結(jié)合生成MbO2：Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，其中k正和k逆分別表示正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率常數(shù)，即υ正=k正·c(Mb)·P(O2)，υ逆=k逆·c(MbO2)。37℃時(shí)測(cè)得肌紅蛋白的結(jié)合度(α)與P(O2)的關(guān)系如下表[結(jié)合度(α)指已與O2結(jié)合的肌紅蛋白占總肌紅蛋白的百分比]：

①計(jì)算37℃、P(O2)為2.00kPa時(shí)，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______。

P(O2)	0.50	1.00	2.00	3.00	4.00	5．00	6.00
α（MbO2%）	50.0	67.0	80.0	85.0	88.0	90.3	91.0

②導(dǎo)出平衡時(shí)肌紅蛋白與O2的結(jié)合度(α)與O2的壓強(qiáng)[P(O2)]之間的關(guān)系式α=_______(用含有k正、k逆的式子表示)。

II．CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，以CO2為原料可合成多種有機(jī)物。

（3）CO2用于生產(chǎn)乙烯，已知：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g) + 4H2O(g) ΔH＝QkJ/mol。一定條件下， 按不同的投料比X[X＝]向某容積可變的恒壓密閉容器中充入CO2、H2，測(cè)得不同投料比時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示。

①X1______X2（填“＞”或“＜”，后同），Q______0。

②圖中A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為______。

（4）常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產(chǎn)品Na2CO3和NaHCO3。

①已知25℃時(shí)0.1mol / L的NaHCO3溶液的pH=8.3，試通過(guò)計(jì)算確定溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)?/span>_____[已知：常溫下H2CO3的電離常數(shù)Ka1= 4.4×107、Ka2 = 5×1011 ]。

②欲用5LNa2CO3溶液將23.3gBaSO4固體全都轉(zhuǎn)化為BaCO3，則所用的Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度至少為____。

[已知：常溫下Ksp(BaSO4)=1×107、Ksp(BaCO3)=2.5×106 ]。(忽略溶液體積的變化)

Answer 1

【答案】-156.6kJ/mol 2.00 > < KA>KB＝KC c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（OH-）>c（H+） 0.52mol/L

【解析】

I.（1）根據(jù)蓋斯定律求算。

（2）利用題給的反應(yīng)式，當(dāng)平衡時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等，而得出平衡常數(shù)表達(dá)式。再利用結(jié)合度的定義進(jìn)行推導(dǎo)；

II.（3）①增大某一種反應(yīng)物的用量，必然提高其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；溫度升高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明正向是放熱的；

②平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)；

（4）通過(guò)所給的電離平衡常數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)判斷c(CO32-)與c(OH-)的相對(duì)大��；通過(guò)所給的溶度積數(shù)據(jù)和平衡常數(shù)定義式進(jìn)行推導(dǎo)即可。

I.(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)II的反應(yīng)熱△H2=△H1+△H3=-241.8kJ/mol+85.2kJ/mol=-156.6kJ/mol；

(2)根據(jù)所給表格中的數(shù)據(jù)可知，37℃、P(O2)=2.00kPa時(shí)，α(MbO2%)=80.0。根據(jù)反應(yīng)式Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)并由結(jié)合度的定義可知，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)生成的MbO2和未反應(yīng)的Mb的物質(zhì)的量濃度之比為4：1，。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，即k正c(Mb)·P(O2)=k逆c(MbO2)可得平衡常數(shù)；

②據(jù)上述推導(dǎo)可得平衡常數(shù)，變形得，代入結(jié)合度的定義有：α==；

II.(3)①X=，X越大，表明相對(duì)CO2來(lái)說(shuō)，H2的投入料越多，而CO2的轉(zhuǎn)化率就越大，所以X1>X2；從圖中可以看出，隨著溫度的升高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升溫平衡左移，該反應(yīng)正向是放熱反應(yīng)，即Q<0；

②B和C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度相同，所以平衡常數(shù)相同，C點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)是升高溫度，由于正向是放熱反應(yīng)，所以升高溫度平衡常數(shù)將減小，所以A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)的大小關(guān)系為：KA>KB=KC；

(4)①0.1mol/LNaHCO3溶液的pH=8.3，可初步得出溶液中離子濃度大小關(guān)系為：c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>(H+)，再計(jì)算確定c(CO32-)和c(OH-)的相對(duì)大小。據(jù)pH=8.3可知c(OH-)=10-5.7mol/L；據(jù)，計(jì)算可得c(CO32-)=5×10-3.7mol/L>c(OH-)，所以溶液中離子濃度的大小順序?yàn)椋?/span>c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>(H+)；

②設(shè)固體全部轉(zhuǎn)化時(shí)至少需要Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度為x，當(dāng)BaSO4完全溶解后，所得5L溶液中c(SO42-)=÷5L=0.02mol/L，此時(shí)溶液中的c(CO32-)=(x-0.02)mol/L，由BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)可知，此反應(yīng)的平衡常數(shù)，解得x=0.52mol/L；