Question

【題目】低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式。低碳經(jīng)濟(jì)的概念在中國正迅速從高端概念演變成全社會的行為，在新能源汽車、工業(yè)節(jié)能等多個(gè)領(lǐng)域都大有作為。 請運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)。

(1)工業(yè)上可利用CO或CO2來制備清潔液體燃料甲醇。已知:800℃時(shí)，化學(xué)反應(yīng)①、反應(yīng)②對應(yīng)的平衡常數(shù)分別為2.5、1.0。

反應(yīng)①:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H = -90.8kJ mol-1

反應(yīng)②:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H= +41.2kJ mol-1

寫出用CO2與H2反應(yīng)制備甲醇的熱化學(xué)方程式________________________，800℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的數(shù)值為_______________。

現(xiàn)將不同量的CO2 (g)和H2(g)分別通入到容積為2L恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)②，得到如下二組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO2 (g)	H2(g)	H2(g)	CO2 (g)
1	900	4	6	1.6	2.4	2
2	900	a	b	c	d	t

實(shí)驗(yàn)2中，若平衡吋，CO2 (g)的轉(zhuǎn)化率小于H2(g)，則a、b必須滿足的關(guān)系是_________。

若在900℃時(shí)，另做一組實(shí)驗(yàn)，在此容器中加入10mol CO2，5mol H2，2 mol CO，5 mol H2O (g)，則此時(shí)v正___v逆(填“>”、“>”或“=”)。

(2)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g) △H=-29.1KJ·mol-1 ，科研人員對該反應(yīng)進(jìn)行了研究，部分研究結(jié)果如下：

①從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是____(填“3.5×106 Pa”“4.0×106 Pa”或“5.0×106Pa”)。

②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是______________________。

(3)已知常溫下NH3H2O的電離平衡常數(shù)K= 1.75×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)K1=4.4×10-7，K2 =4. 7×10-11。常溫下，用氮水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，NH4HCO3溶液呈_____(填“酸性”“中性”或“堿性”)，溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)?_________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ·mol-1 2.5 a＞b ＞ 4.0×106 Pa 高于80 ℃時(shí)，溫度對反應(yīng)速率影響較小，又因反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低 堿性 c(NH4+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)

【解析】(1)反應(yīng)①:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H = -90.8kJ mol-1

反應(yīng)②: H2(g)+CO2(g)H2O (g)+CO(g) △H= +41.2kJ mol-1

用CO2與H2反應(yīng)制備甲醇的熱化學(xué)方程式可由①+②求得： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ·mol-1 ，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=K1K2=2.5×1.0=2.5

在反應(yīng)中，當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越高，實(shí)驗(yàn)2中，若平衡吋，CO2 (g)的轉(zhuǎn)化率小于H2(g)，則a、b必須滿足的關(guān)系是a/b>1/1,即a>b；

CO2(g)+ H2(g)H2O (g)+CO(g)

n始/mol 4 6

n變/mol 1.6 1.6 1.6 1.6

n平/mol 2.4 4.4 1.6 1.6

另一容器 10 5 5 2

，此時(shí)平衡正向移動(dòng)，則此時(shí)v正>v逆

(2)①從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率“看，圖象中轉(zhuǎn)化率變化最大的是4.0×106Pa。②依據(jù)圖象分析溫度在高于80°C對反應(yīng)速率影響不大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過高，平衡逆向進(jìn)行，不利于轉(zhuǎn)化率增大，故：高于80℃時(shí)，溫度對反應(yīng)速率影響較��；且反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低。

（3）已知常溫下NH3H2O的電離平衡常數(shù)K= 1.75×10-5，大于H2CO3的電離平衡常數(shù)K1=4.4×10-7，相當(dāng)于強(qiáng)堿弱酸鹽，碳酸氫根離子的水解能力大于銨根離子水解能力，則碳酸氫銨溶液呈堿性；碳酸氫根離子的水解能力大于銨根離子水解能力，則人c(NH4+)＞c(HCO3-)，碳酸氫銨溶液呈堿性，c(OH-)＞c(H+)，所以c(NH4+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)。