Question

10．甲酸鈣用途廣泛，可用于高硫煙氣脫硫助劑，也可作為制備草酸的中間體．據(jù)最新文獻(xiàn)，氫氧化鈣碳基化合成甲酸鈣的反應(yīng)如下：
2CO+Ca（OH）₂═Ca（HCOO）₂                         反應(yīng)1
（1）反應(yīng)體系中存在以下兩個(gè)競爭反應(yīng)
CO（g）+H₂O（g）?HCOOH（g）△H=-28.8kJ/moL         反應(yīng)2
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=+41.2kJ/moL    反應(yīng)3
①二氧化碳與氫氣直接合成甲酸的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（g）△H=-70.0kJ/moL．
②為了更有利于生成甲酸鈣，應(yīng)選擇的反應(yīng)條件是較低的溫度和AC（填編號）．
A．催化劑B．低壓C．高壓
（2）如圖1是反應(yīng)2和反應(yīng)3，lnK與溫度T的關(guān)系；同一條件時(shí)反應(yīng)2的K小于（填“大于”或“小于”）反應(yīng)3的K，這對于反應(yīng)2（填“反應(yīng)2”或“反應(yīng)3”）不利的．
 （3）以氫氧化鈣初始密度為0.097g/mL、CO的分壓為3.0MPa條件下催化反應(yīng)，以氫氧化鈣轉(zhuǎn)化率Y%為坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)得到如圖2象；

①根據(jù)圖象選擇合適的反應(yīng)溫度453K；理由是溫度越高，反應(yīng)速率越快，時(shí)間越短，但463K時(shí)，增幅不明顯，能耗反而增多，故選擇453K．
②當(dāng)Y%為100%時(shí)，產(chǎn)物中甲酸鈣與碳酸鈣的質(zhì)量比為50：1，氫氧化鈣有97.5%轉(zhuǎn)化為甲酸鈣．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于甲酸鈣生成；
（2）lnK屬于增函數(shù)，lnK值越大，K值越大，由圖可知，相同條件下反應(yīng)2的lnK更小，故反應(yīng)2的平衡常數(shù)小于反應(yīng)3，反應(yīng)2為放熱反應(yīng)，反應(yīng)3為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于反應(yīng)3向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）①溫度高反應(yīng)速率快，但463K時(shí)，圖象與453K時(shí)幾乎重合，反應(yīng)速率增快不明顯，應(yīng)選擇453K；
②設(shè)甲酸鈣質(zhì)量為130g，則碳酸鈣質(zhì)量為2.6g，計(jì)算各自物質(zhì)的量，由鈣元素守恒，轉(zhuǎn)化甲酸鈣的氫氧化鈣與甲酸鈣物質(zhì)的量相等，由鈣元素守恒計(jì)算氫氧化鈣的總物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)化為甲酸鈣的氫氧化鈣占有的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）①已知：Ⅰ．CO（g）+H₂O（g）?HCOOH（g）△H=-28.8kJ/moL
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=+41.2kJ/moL
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（g）△H=-70.0kJ/moL，
故答案為：CO₂（g）+H₂（g）?HCOOH（g）△H=-70.0kJ/moL；
②使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，增大壓強(qiáng)有利于甲酸鈣生成，
故選：AC；
（2）lnK屬于增函數(shù)，lnK值越大，K值越大，由圖可知，相同條件下反應(yīng)2的lnK更小，故反應(yīng)2的平衡常數(shù)小于反應(yīng)3，反應(yīng)2為放熱反應(yīng)，反應(yīng)3為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于反應(yīng)3向正反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于反應(yīng)2 進(jìn)行，
故答案為：小于；反應(yīng)2；
（3）①溫度越高，反應(yīng)速率越快，時(shí)間越短，但463K時(shí)，圖象與453K時(shí)幾乎重合，反應(yīng)速率增快不明顯，消耗能源反而增多，應(yīng)選擇453K，
故答案為：453K；溫度越高，反應(yīng)速率越快，時(shí)間越短，但463K時(shí)，增幅不明顯，能耗反而增多，故選擇453K；
②設(shè)甲酸鈣質(zhì)量為130g，其物質(zhì)的量為1mol，則碳酸鈣質(zhì)量為$\frac{130g}{50}$=2.6g，其物質(zhì)的量為$\frac{2.6g}{100g/mol}$=0.026mol，由鈣元素守恒，可知轉(zhuǎn)化甲酸鈣的氫氧化鈣為1mol，氫氧化鈣的總物質(zhì)的量為1.026mol，故轉(zhuǎn)化為甲酸鈣的氫氧化鈣占總的$\frac{1mol}{1.026mol}$×100%=97.5%，
故答案為：97.5．

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象綜合應(yīng)用、化學(xué)計(jì)算等，側(cè)重考查學(xué)生讀圖獲取信息能力、分析解決問題能力，難度中等．