Question

【題目】甲酸是基本有機(jī)化工原料之一，廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。

（1）已知熱化學(xué)反應(yīng)方程式：

I:HCOOH(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+72.6kJmol－1；

II：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H 2=－566.0kJmol－1；

III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H 3=－483.6kJmol－1

則反應(yīng)IV：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)的△H =____________kJmol－1。

（2）查閱資料知在過渡金屬催化劑存在下，CO2(g)和H2 (g)合成HCOOH(g)的反應(yīng)分兩步進(jìn)行:第一步:CO2(g)+H2(g)+M(s)→MHCOOH(s)；第二步:___________________。

①第一步反應(yīng)的△H _________0(填“>”或“<”)。

②第二步反應(yīng)的方程式為________________________。

③在起始溫度、體積都相同的甲、乙兩個(gè)密閉容器中分別投入完全相同的H2(g)和CO2(g)，甲容器保持恒溫恒容，乙容器保持絕熱恒容，經(jīng)測(cè)定，兩個(gè)容器分別在t1、t2時(shí)刻恰好達(dá)到平衡，則t1_________t2(填“>”、“<”或“=”)。

（3）在體積為1L的恒容密閉容器中，起始投料n(CO2)=1mol，以CO2(g)和H2(g)為原料合成HCOOH(g)，HCOOH平衡時(shí)的體積分?jǐn)?shù)隨投料比［］的變化如圖所示：

①圖中T1、T2表示不同的反應(yīng)溫度，判斷T1____________T2(填“〉”、“<”或“=” ) ，依據(jù)為____________________。

②圖中a=______________。

③A、B、C三點(diǎn)CO2（g）的平衡轉(zhuǎn)化率αA、αB、αC由大到小的順序?yàn)?/span>____________。

④T1溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______________（計(jì)算結(jié)果用分?jǐn)?shù)表示）。

Answer 1

【答案】-31.4 < M·HCOOH(s)=HCOOH(g)+M(s) > < 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，從圖像中可知在相同投料比時(shí)，T1溫度下產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)大于T2溫度下產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)，則T1< T2； 1 >>

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行求算；

（2）①由△G=△H -T△S <0進(jìn)行判斷；

②總反應(yīng)減去第一步反應(yīng)可得第二步反應(yīng)的方程式；

③甲容器恒溫恒容，乙容器恒容絕熱，由于該反應(yīng)放熱，所以乙容器的溫度高于甲容器，所以乙容器反應(yīng)速率較快，所以甲容器中反應(yīng)達(dá)平衡所需時(shí)間比乙容器中的長(zhǎng)；

（3）①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；

②根據(jù)反應(yīng)CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)及投料比［］進(jìn)行分析；

③氫氣的量越大，即投料比［］越大，CO2的轉(zhuǎn)化率越大；

④根據(jù)三段式進(jìn)行計(jì)算。

（1）已知I:HCOOH(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+72.6kJmol－1；

II：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H 2=－566.0kJmol－1；

III：2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H 3=－483.6kJmol－1

根據(jù)蓋斯定律，由III-I- II得反應(yīng)IV：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) △H = (－483.6kJmol－1)-72.6kJmol－1- (－566.0kJmol－1)=-31.4kJmol－1；

（2）①第一步反應(yīng)CO2(g)+H2(g)+M(s)→MHCOOH(s)為熵減的反應(yīng)，即△S<0，能自發(fā)進(jìn)行，則△G=△H -T△S <0，故△H<0；

②CO2(g)和H2 (g)合成HCOOH(g)的總反應(yīng)為CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)；第一步:CO2(g)+H2(g)+M(s)=MHCOOH(s)；總反應(yīng)減去第一步反應(yīng)可得第二步反應(yīng)的方程式為M·HCOOH(s)=HCOOH(g)+M(s)；

③甲容器恒溫恒容，乙容器恒容絕熱，由于該反應(yīng)放熱，所以乙容器的溫度高于甲容器，所以乙容器反應(yīng)速率較快，所以甲容器中反應(yīng)達(dá)平衡所需時(shí)間比乙容器中的長(zhǎng)，則t1>t2；

（3）①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，從圖像中可知在相同投料比時(shí)，T1溫度下產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)大于T2溫度下產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)，則T1< T2；

②根據(jù)反應(yīng)CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)，當(dāng)投料比［］=1，即a=1時(shí)，恰好達(dá)到最大轉(zhuǎn)化，HCOOH平衡時(shí)的體積分?jǐn)?shù)最大；

③氫氣的量越大，即投料比［］越大，CO2的轉(zhuǎn)化率越大，故A、B、C三點(diǎn)CO2（g）的平衡轉(zhuǎn)化率αA、αB、αC由大到小的順序?yàn)?/span>>>；

④T1溫度下，在體積為1L的恒容密閉容器中，起始投料n(CO2)=1mol，C點(diǎn)時(shí)投料比［］=2，則n(H2)=2mol，HCOOH平衡時(shí)的體積分?jǐn)?shù)為5%，設(shè)平衡時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率為x，則：

CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)

開始時(shí)的濃度(mol/L) 1 2 0

改變的濃度(mol/L) x x x

平衡時(shí)的濃度(mol/L)1-x 2-x x

則有，解得x=；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==。